Виды топлива

      1.Природными источниками углеводородов являются горючие ископаемые - нефть и газ, уголь и торф. Природный газ состоит главным образом из метана (табл. 1).

Таблица 1 Состав природного газа

 
 

      Сырая нефть представляет собой маслянистую  жидкость, окраска которой может  быть самой разнообразной – от темно-коричневой или зеленой до почти бесцветной. В ней содержится большое число алканов. Среди них есть неразветвленные алканы, разветвленные алканы и циклоалканы с числом атомов углерода от пяти до 40. Промышленное название этих циклоалканов-начтены. В сырой нефти, кроме того, содержится приблизительно 10% ароматических углеводородов, а также небольшое количество других соединений, содержащих серу, кислород и азот.

Рисунок 1 Природный газ и сырая нефть обнаруживаются в ловушках между слоями горных пород.

      Уголь является древнейшим источником энергии, с которым знакомо человечество. Он представляет собой минерал, который образовался из растительного вещества в процессе метаморфизма. Метаморфическими называются горные породы, состав которых подвергся изменениям в условиях высоких давлений, а также высоких температур. Продуктом первой стадии в процессе образования угля является торф, который представляет собой разложившееся органическое вещество. Уголь образуется из торфа после того, как он покрывается осадочными породами. Эти осадочные породы называются перегруженными. Перегруженные осадки уменьшают содержание влаги в торфе. 
 

Таблица 2Содержание углерода в некоторых видах топлива и их теплотворная способность

 

      Уголь служит важным источником сырья для  получения ароматических соединений.

Углеводороды  встречаются в природе не только в горючих ископаемых, но также  и в некоторых материалах биологического происхождения. Натуральный каучук является примером природного углеводородного  полимера. Молекула каучука состоит  из тысяч структурных единиц, представляющих собой метилбута-1,3-диен (изопрен); ее строение схематически показано на рис. 4. Метилбута- 1,3-диен имеет следующую структуру:

      

      И в составе природного газа, и нефти, и торфа, и угля  общим является наличие  группы углеводорода. 
 

      2.Физические свойства нефти. Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цвета со своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.

Рисунок 2. Геологический разрез нефтеносной местности.

      Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных горных пород (рис. 2). Для добывания её бурят скважины (рис. 3). Если нефть богата газами, она под давлением их сама поднимается на поверхность, если же давление газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное давление путём нагнетания туда газа, воздуха или воды (рис. 4).

        Если нефть нагревать в приборе, изображённом на рисунке 4, то можно заметить, что она кипит и перегоняется не при постоянной температуре, что характерно для чистых веществ, а в широком интервале температур. Это значит, что нефть представляет собой не индивидуальное вещество, а смесь веществ. При нагревании нефти сначала перегоняются вещества с меньшим молекулярным весом, обладающие более низкой температурой кипения, затем температура смеси постепенно повышается, и начинают перегоняться вещества с большим молекулярным весом, имеющие более высокую температуру кипения, и т. д.

Рисунок 3 .Нефть поднимается под давлением нагнетаемой в пласт

      В состав нефти входят главным образом углеводороды. Основную массу её составляют жидкие углеводороды, в них растворены газообразные и твёрдые углеводороды.

Рисунок 4. Перегонка   нефти в лаборатории.

      Состав  нефти различных месторождений  неодинаков. Грозненская и западноукраинская нефть состоят главным образом из предельных углеводородов. Бакинская нефть состоит преимущественно из циклических углеводородов — цикланов. Цикланы — это углеводороды, отличающиеся по своему строению от предельных тем, что содержат замкнутые цепи (циклы) углеродных атомов. 

      3.Серьезная экологическая проблема - загрязнение нефтепродуктами вод Мирового океана. Нефтепродукты попадают в воду прежде всего при морских перевозках. При погрузке, разгрузке, чистке танкеров часть нефти теряется. Кроме того, случаются и аварии танкеров, при которых в море могут попасть десятки тысяч тонн нефти. По оценкам экологов, в Мировой океан попадает ежегодно около 10 млн. тонн нефти, которая растекается по поверхности воды, образуя тонкую радужную пленку. По данным спутниковой фотосьемки, такой пленкой покрыта уже треть поверхности Мирового океана. Из-за этой пленки нарушается контакт поверхности воды с воздухом, уменьшается содержание растворенного в воде кислорода, и гибнут обитатели морей и озер. Кроме того, пленка на поверхности воды замедляет испарение воды, и воздушные массы, проходя над водой, мало насыщаются водяными парами - нефтяная пленка мешает. То есть эти воздушные массы несут на континент меньше осадков, и тоненькая пленка на поверхности воды может изменить климат целых материков 
 

4.РЕКТИФИКАЦИЯ - разделение жидких многокомпонентных смесей на отдельные компоненты. Ректификация основана на многократной дистилляции.( ДИСТИЛЛЯЦИЯ- разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу фракции; основано на различии в составах жидкости и образующегося из нее пара. Осуществляется путем частичного испарения жидкости и последующей конденсации пара. Полученный конденсат обогащен низкокипящими компонентами, остаток жидкой смеси — высококипящими).

            Из сырой нефти прежде всего удаляют растворенные в ней примеси газов, подвергая ее простой перегонке. Затем нефть подвергают первичной перегонке, в результате чего ее разделяют на газовую, легкую и среднюю фракции и мазут. Дальнейшая фракционная перегонка легкой и средней фракций, а также вакуумная перегонка мазута приводит к образованию большого числа фракций. В табл. 4 указаны диапазоны температур кипения и состав различных фракций нефти

Таблица 3 Типичные фракции перегонки нефти

 

Перейдем  теперь к описанию свойств отдельных  фракций нефти.

Газовая фракция. Газы, получаемые при переработке нефти, представляют собой простейшие неразветвленные алканы: этан, пропан и бутаны. Эта фракция имеет промышленное название нефтезаводской (нефтяной) газ. Ее удаляют из сырой нефти до того, как подвергнуть ее первичной перегонке, или же выделяют из бензиновой фракции после первичной перегонки. Нефтезаводской газ используют в качестве газообразного горючего или же подвергают его сжижению под давлением, чтобы получить сжиженный нефтяной газ. Последний поступает в продажу в качестве жидкого топлива или используется как сырье для получения этилена на крекинг-установках.

      Бензиновая  фракция. Эта фракция используется для получения различных сортов моторного топлива. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Особенности горения неразветвленных алканов не идеально соответствуют двигателям внутреннего сгорания. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу, чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные. Перед употреблением эту фракцию обычно смешивают с разветвленными алканами, циклоалканами и ароматическими соединениями, получаемыми из других фракций путем каталитического крекинга либо риформинга.

      Лигроин (нафта). Эту фракцию перегонки нефти получают в промежутке между бензиновой и керосиновой фракцией. Она состоит преимущественно из алканов (табл.4).

Бльшую часть лигроина, получаемого при перегонке нефти, подвергают риформингу для превращения в бензин. Однако значительная его часть используется как сырье для получения других химических веществ.

Таблица 4 Углеводородный  состав  лигроиновой фракции типичной  ближневосточной нефти

 

      Керосин. Керосиновая фракция перегонки нефти состоит из алифатических алканов, нафталинов и ароматических углеводородов. Часть ее подвергается очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов-парафинов, а другая часть подвергается крекингу с целью превращения в бензин. Однако основная часть керосина используется в качестве горючего для реактивных самолетов.

      Газойль. Эта фракция переработки нефти известна под названием дизельного топлива. Часть ее подвергают крекингу для получения нефтезаводского газа и бензина. Однако главным образом газойль используют в качестве горючего для дизельных двигателей. В дизельном двигателе зажигание топлива производится в результате повышения давления. Поэтому они обходятся без свечей зажигания. Газойль используется также как топливо для промышленных печей.