Naturalne źródła otrzymywania węglowodorów
Do naturalnych źródeł węglowodorów należą:
- gaz ziemny
- ropa naftowa
- węgiel kamienny.
Wyodrębnieniem węglowodorów występujących w przyrodzie oraz ich dalszą przeróbką zajmuje się przemysł petro i karbochemiczny
GAZ ZIEMNY
Główne pokłady gazu ziemnego znajdują się w Rosji, USA, Rumunii, Iranie. W Polsce występuje on m. in. Na Podkarpaciu ( Jasło, Krosno), w okolicach Lubaczowa i Rybnika. Gaz ziemny tworzy pokłady tzw. gazu suchego, ale najczęściej towarzyszy złożom ropy naftowej jako tzw. gaz mokry.
W skład gazu suchego wchodzi głownie metan, niewielkie domieszki pozostałych alkanów gazowych ( do butanu włącznie), także czasami do 2% cennego helu, a w niektórych złożach nawet do 40% CO . Gaz ten jest stosowany jako składnik paliwa gazowego, używanego w paleniskach przemysłowych oraz w kuchenkach domowych. Ponadto jest używany jako surowiec dla przemysłu chemicznego.
Gaz mokry zawiera oprócz metanu i innych węglowodorów gazowych niektóre niższe węglowodory ciekłe. Gazowy metan oddziela się od nich przepuszczając gaz ziemny przez warstwę węgla aktywowanego, gdzie zostaje zaadsorbowane wszystkie homologi metanu. Po dalszej przeróbce związki te rozdzielają się na substancje gazowe- tzw. Gazol (etan, propan, butan) i ciekłe- gazolinę. Mieszaninę propanu i butanu w stanie skroplonym ( pod ciśnieniem) stosuje się do zapalniczek i kuchenek turystycznych. Gazolina używana jako składnik płynnego paliwa silnikowego.
ROPA NAFTOWA
Największe złoża ropy naftowej znajdują się w USA, Rosji, Arabii Saudyjskiej, Indonezji, Wenezueli, Rumunii i Meksyku. W Polsce niewielki pokłady ropy naftowej występują na Podkarpaciu ( Jasło, Krosno, Sanok, na Pomorzu i pod dnem Bałtyku).
Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów ciekłych, w których rozpuszczone są węglowodory gazowe i stałe oraz niewielkie ilości substancji zawierających tlen, azot, i siarkę. Jest to ciecz, która w zależności od składu chemicznego ma różną gęstość i różną barwę (od żółtej do czarnej). Ma charakterystyczny zapach, pali się świecącym, silnie kopcącym płomieniem.
Przez odpowiednią przeróbkę ropy naftowej można z niej otrzymać wiele cennych związków. Przeróbka ta, zwana destylacją frakcyjną, polega na rozdzielaniu substancji mających różne temperatury wrzenia. Destylacja ropy naftowej w pierzej fazie prowadzi do uzyskania 4 frakcji:
- benzyny
- nafty
- oleju
- asfaltu naftowego.
Każda z tych frakcji stanowi mieszankę różnych substancji o zbliżonych temperaturach wrzenia. W celu ich dalszego rozdziału poddaje się je ponownej destylacji. Procesy destylacyjne przeprowadza się w zakładach przemysłowych zwanych rafineriami.
-BENZYNA zawiera węglowodory o niskiej masie cząsteczkowej ( do 10 atomów węgla w cząsteczce). Jest to substancja bardzo lotna i łatwo palna, stosowana głównie do napędu silników spalinowych oraz jako rozpuszczalniki tłuszczów, farb, lakierów, itp.
-NAFTA jest mieszaniną węglowodorów mających od 9 do 16 atomów C w cząsteczce. Od momentu skonstruowania przez Polaka Ignacego Łukaszewicza pierwszej na świecie lampy naftowej ( na przełomie XIX i XX wieku) nafta stosowana była jako podstawowy środek oświetleniowy. Obecnie używana jest jako paliwo do niektórych silników wysokoprężnych i jako surowiec do otrzymania benzyny.
-OLEJ stanowiące mieszaninę wyższych węglowodorów ciekłych, stosowane są głównie jako smary. Z niektórych olejów otrzymuje się parafinę, która jest mieszanina węglowodorów stałych, oraz wazelinę, stanowiącą mieszaninę węglowodorów stałych i ciekłych. Parafinę stosuje się m. in. Do produkcji świec parafinowych i past do podług, natomiast wazelinę do smarowania np. części maszyn i łożysk lub w postaci oczyszczonej do celów farmaceutycznych i kosmetycznych.
-ASFALT NAFTOWY stanowi gęstą, mazistą pozostałość po odparowaniu frakcji skraplających się w niższych temperaturach. Stosuje się go do pokrywania nawierzchni dróg.
Metodą destylacji ropy naftowej uzyskuje się ok. 20% produkowanej benzyny. Zwiększenie światowego zapotrzebowania na paliwo płynne, związane z szybkim rozwojem motoryzacji, spowodowało konieczność większego wykorzystania w tym celu ropy naftowej oraz zastosowania metody syntetycznych ( otrzymuje się benzynę m. in. z węgla i wodoru albo z wodoru i tlenku węgla przy zastosowaniu odpowiednich warunków ciśnienia i temperatury oraz katalizatorów. Metody te są na ogół kosztowne i jak dotychczas, mają małe zastosowanie praktyczne (1989 rok)). W tym celu ropę naftową poddaje się tzw. krakowaniu polegającemu na rozrywaniu długich łańcuchów węglowodorów wchodzących w skład wyższych frakcji ropy naftowej na łańcuchy krótsze, właściwie cząsteczkom węglowodorów wchodzących w skład benzyny. Obecnie prawie wyłącznie stosuje się krakowanie katalityczne prowadzące pod znacznym ciśnieniem (0,1 do 0,5 MPa) i w temperaturze ok. 400500C. Gazy krakowe, stanowiące produkt uboczny krakingu, stosuje się do produkcji paliw lotniczych i jako surowce chemiczne.
Produkty przemysłu petrochemicznego wytwarzane z ropy naftowej i gazu ziemnego są cennymi surowcami chemicznymi. Stosowane są do otrzymywania włókien syntetycznych, tworzyw sztucznych, środków piorących, lakierów rozpuszczalników itp. W Polsce największe kombinaty znajdują się w Płocku i w Gdańsku.
WEGIEL KAMIENNY
W Polsce największe złoża węgla kamiennego znajdują się w Zagłębiu Górnośląskim, Dolnośląskim i zagłębiu Lubelskim.
Największe znaczenie zyskał węgiel kamienny jako najwszechstronniejszy surowiec przemysłu chemicznego. Przemysłowa przeróbka węgla metodą odgazowania polega na ogrzewaniu surowca w piecach koksowych bez dostępu powietrza do temp. 9501100C. proces ten zwany jest pirogenizacją lub koksowaniem węgla prowadzi do rozkładu zawartym w nim substancji i tworzenia nowych (stąd pochodzi nazwa procesu pirogenizacj i- rozkładowa (sucha ) destylacja węgla). W wyniku skomplikowanych reakcji chemicznych uzyskuje się substancje tworzące 4 podstawowe produkty:
- gaz koksowyniczy
- wodę amoniakalną
-smołę pogazową i koks
Gaz koksowniczy zawiera m. on. H , O , N ,CO, NH , H S, węglowodory nasycone (głównie metan, a ponadto etan, propan, butan), nienasycone (etylen, acetylen, inne). Stanowi on cenny surowiec chemiczny, a także stosowany jest jako środek opałowy.
Smoła pogazowa, stanowiąca gęstą, oleistą, czarną ciecz, zawiera benzynę i jej homologi, naftalen oraz wiele innych związków głównie aromatycznych. Poddając smołę pogazową destylacji frakcyjnej, uwzględniając różnicę w temperaturach wrzenia składników, otrzymuje się ok.300 różnych związków.
Koks jest to stała pozostałość wysokotemperaturowa procesu odgazowania węgla kamiennego. Znalazł on głównie zastosowanie jaklo paliwo i reduktor w procesie wielkopiecowym (otrzymanie stali z rud żelaza), jako paliwo w procesie otrzymywania żeliwa, do produkcji gazu generatorowego oraz bezdymne paliwo do centralnego ogrzewania.
Koksowanie wegla oraz dalszy przemysłowy przerób otrzymywanych produktów ( gazu, smoły) nosi nazwę koksochemii. Z produktów przemysłu koksochemicznego otrzymuje się m. in. paliwa gazowe i płynne, tworzywa sztuczne i włókna syntetyczne, leki, barwniki, nawozy sztuczne itp. Gorsze gatunki węgla kamiennego lub węgiel brunatny mogą być wykorzystywane w procesie tzw. półkoksowaniem (wyplenianiem). Proces ten polega na ogrzewaniu węgla do temp. 400700C i otrzymywaniu nieco zbliżonych produktów, jak w procesie koksowania. W skład smoły półkoksowniczej zwanej też wytlewną, wchodzi duża ilość węglowodorów nasyconych, dzięki czemu można z niej otrzymać benzynę i inne produkty podobne do produktów destylacji ropy naftowej.
BIBLIOGRAFIA
- ?CHEMI? E. I. Matusewicz i J, Matusewicz wydane w 1989r
- ?CHEMIA DLA LICEALISTÓW? K. M. Pazdro i W. Danilkiewicz cz. II