Нефть – это маслянистая жидкость от жёлтого или светло-бурого до чёрного цвета с характерным неприятным запахом. Нефть легче воды и не растворима в ней. Она встречается во многих местах земного шара, пропитывая пористые горные породы на различной глубине. Нефть – смесь газообразных, жидких и твёрдых углеводородов. Кроме углеводородов в нефти ещё содержатся в небольшом количестве органические соединения, содержащие O,N,S и др. Имеются также высокомолекулярные соединения в виде смол и асфальтовых веществ (всего более 100 различных соединений). Состав нефти ещё зависит от месторождения. Но все они обычно содержат три вида углеводородов: парафины(алканы) (в основном нормального соединения) циклопарафины (циклоалканы) ароматические углеводороды

Нефть – это сырьё для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей. Источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт). Сырьё для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста. Нефть – наше национальное богатство, источник могущества страны, фундамент её экономики. Нефтяной комплекс России включает 148 тыс. нефтяных скважин, 48,3 тыс. км магистральных нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов общей мощностью более 300 млн т/год нефти, а также большое количество других производственных объектов.

За последние десятилетия в структуре топливной отрасли промышленности произошли коренные изменения, связанные с уменьшением доли угольной отрасли промышленности и ростом отраслей по добыче и переработке нефти и газа. Если в 1940 г. они составляли 20,5%, то в 1984 г. – 75,3% от суммарной добычи минерального топлива. Теперь на первый план выдвигается природный газ и уголь открытой добычи. Потребление нефти для энергетических целей будет сокращено, напротив, расширится её использование в качестве химического сырья. В настоящее время в структуре топливно-энергетического баланса на нефть и газ приходится 74%, при этом доля нефти сокращается, а доля газа растёт и составляет примерно 41%. Доля угля 20%, оставшиеся 6% приходятся на электроэнергию.

Переработку нефти впервые начали братья Дубинины на Кавказе. Первичная переработка нефти заключается в её перегонке. Перегонку производят на нефтеперерабатывающих заводах после отделения нефтяных газов. Нефть нагревают в трубчатой печи до 350 °С, образовавшиеся пары вводят в ректификационную колонну снизу. Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями – тарелки. 7

Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200 °С, содержит углеводороды от С 5 Н 12 до С 11 Н 24. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают газолин (t кип = 40–70 °С), бензин (t кип = 70–120 °С) – авиационный, автомобильный. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С 8 Н 18 до С 14 Н 30. Лигроин применяется как горючее для тракторов. Большие количества лигроина перерабатывают в бензин. Керосиновая фракция включает углеводороды от С 12 Н 26 до С 18 Н 38 с t кип от 180 до 300 °С. Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолётов и ракет. Газойлевая фракция (t кип > 275 °С), по-другому называется дизельным топливом. Остаток после перегонки нефти – мазут, содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле.

Мазут также разделяют на фракции перегонкой под уменьшенным давлением, чтобы избежать разложения. В результате получают: Соляровые масла. Являются дизельным топливом. Смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные). Вазелин. Технический вазелин применяется для смазки металлических изделий с целью предохранения их от коррозии, очищенный вазелин используется как основа для косметических средств и в медицине. Парафин. Из некоторых сортов нефти получают парафин для производства спичек, свечей. Гудрон. После отгонки летучих компонентов из мазута остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве. Кроме переработки на смазочные масла мазут также используют в качестве жидкого топлива в котельных установках.

Высококипящие продукты разгонки нефти непригодны для употребления в качестве моторного топлива. Их высокая температура кипения обусловлена тем, что молекулы таких углеводородов представляют собой слишком длинные цепи. Если расщепить крупные молекулы, содержащие до 18 углеродных атомов, получаются низкокипящие продукты типа бензина. Этим путём пошел русский инженер В.Г.Шухов, который в 1891 г. разработал метод расщепления сложных углеводородов, названный впоследствии крекингом (расщепление).

Сущность крекинга заключается в том, что при нагревании происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие, в том числе на молекулы, входящие в состав бензина. Обычно расщепление происходит примерно в центре углеродной цепи по С – С-связи, например: С 16 Н 34 С 8 Н 18 + С 8 Н 16 гексадекан октан октан

Однако разрыву могут подвергаться и другие С – С-связи. Поэтому при крекинге образуется сложная смесь жидких алканов и алкенов. Получившиеся вещества частично могут разлагаться далее, например: С 8 Н 18 С 4 Н 10 + С 4 Н 8 октан бутан бутен С 4 Н 10 С 2 Н 6 + С 2 Н 4 бутан этан этилен

Такой процесс, осуществляемый при температуре около 470 – 550°С и небольшом давлении, называется термическим крекингом. Этому процессу обычно подвергаются высококипящие нефтяные фракции, например, мазут. Процесс протекает медленно, при этом образуются углеводороды с неразветвлённой цепью атомов углерода. Коренным усовершенствованием крекинга явилось внедрение в практику процесса каталитического крекинга. Этот процесс был впервые осуществлен в 1918 г. Н.Д.Зелинским. Каталитический крекинг позволил получать в крупных масштабах авиационный бензин.

Его проводят в присутствии катализатора (алюмосиликатов: смеси оксида алюминия и оксида кремния) при температуре 450 – 500°С и атмосферном давлении. Обычно каталитическому крекингу подвергают дизельную фракцию. При каталитическом крекинге, который осуществляется с большой скоростью, получается бензин более высокого качества, чем при термическом крекинге. Это связано с тем, что наряду с реакциями расщепления происходят реакции изомеризации алканов нормального строения. Кроме того, образуется небольшой процент ароматических углеводородов, улучшающих качество бензина.

Крекинг – это термическое разложение углеводородов и других составных частей нефти. Основным способом переработки нефтяных фракций являются различные виды крекинга. Впервые крекинг нефти был осуществлён в лабораторном и полупромышленном масштабе сотрудником Петербургского технологического института А.А.Летним. Первый патент на установку для крекинга заявлен Шуховым в 1891 г. В промышленности крекинг получил распространение с 1920-х гг.

Жидкофазный (20–60 атм, 430 – 550 °С), даёт непредельный и насыщенный бензины, выход бензина порядка 50%, газов 10%. Парофазный (обычное или пониженное давление, 600 °С), даёт не предельно-ароматический бензин, выход меньше, чем при жидкофазном крекинге, образуется большое количество газов. Пиролиз нефти – разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре (обычное или пониженное давление, 650 – 700 °С), даёт смесь ароматических углеводородов (пиробензол), выход порядка 15%, более половины сырья превращается в газы. Деструктивное гидрирование (давление водорода 200 – 250 атм, 300 –400 °С в присутствии катализаторов – железа, никеля, вольфрама ), даёт предельный бензин с выходом до 90%. Каталитический крекинг (300 – 500 °С в присутствии катализаторов – AlCl 3, алюмосиликатов, МоS 3, Сr 2 О 3 ), даёт газообразные продукты и высокосортный бензин с преобладанием ароматических и предельных углеводородов изостроения.

В технике большую роль играет так называемый каталитический риформинг – превращение низкосортных бензинов в высокосортные высокооктановые бензины или ароматические углеводороды. Основными реакциями при крекинге являются реакции расщепления углеводородных цепей, изомеризации и циклизации. Огромную роль в этих процессах играют свободные углеводородные радикалы.

Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь – важнейший вид сырья для химической отрасли промышленности. В настоящее время в промышленности используется несколько путей переработки каменного угля: сухая перегонка (коксование, полукоксование) гидрирование неполное сгорание получение карбида кальция

Сухая перегонка угля используется для получения кокса в металлургии или бытового газа. При коксовании угля получают кокс, каменноугольную смолу, надсмольную воду и газы коксования. Каменноугольная смола содержит самые разнообразные ароматические и другие органические соединения. Разгонкой при обычном давлении её разделяют на несколько фракций. Из каменноугольной смолы получают ароматические углеводороды и фенолы. Газы коксования содержат преимущественно метан, этилен, водород и оксид углерода(II).Частично их сжигают, частично перерабатывают.

Гидрирование угля осуществляют при 400 – 600 °С под давлением водорода до 250 атм в присутствии катализатора – оксидов железа. При этом получается жидкая смесь углеводородов, которые обычно подвергают гидрированию на никеле или других катализаторах. Гидрировать можно низкосортные бурые угли. Карбид кальция СаС 2 получают из угля (кокса, антрацита) и извести. В дальнейшем его превращают в ацетилен, который используется в химической отрасли промышленности всех стран во все возрастающих масштабах.

Нефть и газ – самые важные виды сырья в мире. Особое место в нефтегазовой промышленности занимает попутный нефтяной газ. Раньше этот ресурс никак не применялся. Но сейчас отношение к этому ценному природному ископаемому изменилось. Попутный нефтяной газ – это углеводородный газ, который выделяется из скважин и из пластовой нефти в процессе её сепарации. Он являет собой смесь парообразных углеводородных и неуглеводородных составляющих природного происхождения. Сепарация – это различные процессы разделения смешанных объёмов разнородных частиц, смесей, жидкостей разной плотности, эмульсий, твёрдых материалов, взвесей, твёрдых частиц или капелек в газе.

По специфике получения попутный нефтяной газ считается побочным продуктом нефтедобычи. Отсюда и происходит его название. Из-за отсутствия необходимой инфраструктуры для сбора газа, транспортировки и переработки большое количество этого природного ресурса теряется. По этой причине большую часть попутного газа просто сжигают в факелах.

Попутный нефтяной газ состоит из метана и более тяжелых углеводородов – этана, бутана, пропана и т. д. Состав газа в разных месторождениях нефти может немного отличаться. В некоторых регионах в попутном газе могут содержаться неуглеводородные составляющие – соединения азота, серы, кислорода. Попутный газ, который фонтанирует после вскрытия нефтяных пластов, отличается меньшим количеством тяжёлых углеводородных газов. Более «тяжелая» по составу часть газа находится в самой нефти. Поэтому на начальных этапах освоения месторождений нефти, как правило, добывается много попутного газа с большим содержанием метана. В процессе эксплуатации залежей эти показатели постепенно уменьшаются, а большую часть газа составляют тяжёлые компоненты.

Попутный газ по сравнению с природным содержит меньше метана, но имеет большое количество его гомологов, в том числе пентана и гексана. Другое важное отличие – сочетание структурных компонентов в разных месторождениях, в которых добывают попутный нефтяной газ. Состав ПНГ даже может меняться в разные периоды на одном и том же месторождении. Для сравнения: количественное сочетание компонентов природного газа всегда постоянное. Поэтому ПНГ может использоваться в разных целях, а природный газ применяется только как энергетическое сырьё.

В химической промышленности из содержащегося в попутном газе метана и этана изготавливают пластмассу и каучук. Более тяжёлые углеводородные компоненты используют как сырьё для производства высокооктановых топливных присадок, ароматических углеводородов и сжиженных углеводородных газов. На территории России более 80% объёма получаемого попутного газа приходится на пять компаний, добывающих нефть и газ: ОАО «НК Роснефть» ОАО «Газпром нефть» ОАО «Нефтяная компания ЛУКОЙЛ» ОАО «ТНК-ВР Холдинг» ОАО «Сургутнефтегаз» Согласно официальным данным, страна ежегодно добывает более 50 млрд кубометров ПНГ, из них 26% идёт на переработку, 47% используется в промышленных целях, а остальные 27% сжигают в факелах.

Сжигание попутного газа загрязняет окружающую среду. Вокруг факела действует термическое разрушение, которое поражает почву в радиусе 10 – 25 метров и растительность в пределах 50 – 150 метров. В процессе сгорания в атмосферу попадают окиси азота и углерода, сернистый ангидрид, а также несгоревшие углеводороды. Учёные подсчитали, что в результате сжигания ПНГ выбрасывается около 0,5 млн тонн сажи в год. Также продукты сгорания газа очень опасны для здоровья человека. Согласно статистическим данным, в основном нефтеперерабатывающем регионе России – Тюменской области – заболеваемость населения по многим видам болезней выше средних показателей по всей стране. Особенно часто жители региона страдают патологиями дыхательных органов. Наблюдается тенденция роста числа новообразований, заболеваний органов чувств и нервной системы. Кроме того, продукты сгорания ПНГ вызывают патологии, которые проявляются только через некоторое время. К ним относятся следующие: бесплодие, невынашивание беременности,наследственные заболевания, ослабление иммунитета, онкологические болезни.

Основной способ – утилизация ПНГ путём разделения на компоненты. Этот процесс переработки позволяет получить сухой отбензиненный газ, который, по сути, является тем же природным газом, и широкую фракцию лёгких углеводородов (ШФЛУ). Эта смесь может использоваться в качестве сырья для нефтехимии. Разделение нефтяного газа происходит на установках низкотемпературной абсорбции и конденсации. После завершения процесса сухой газ транспортируется по газопроводам, а ШФЛУ направляется на нефтеперерабатывающие заводы для дальнейшей обработки. Второй эффективный способ переработки ПНГ – сайклинг-процесс. Этот метод подразумевает нагнетание газа обратно в пласт для повышения давления. Такое решение позволяет повысить объёмы извлечения нефти из пласта. Кроме того, попутный нефтяной газ можно применять для выработки электроэнергии. Это позволит нефтяным компаниям существенно сэкономить средства, поскольку отпадёт необходимость закупать электроэнергию со стороны.

Каменный уголь – это твёрдое исчерпаемое невосстановимое полезное ископаемое, которое человек использует для получения тепла путём его сжигания. По классификации относится к осадочным горным породам. Уголь, как источник энергии, люди стали использовать ещё в древности наравне с дровами. «Горючий камень» находили на поверхности земли, позже его стали целенаправленно добывать из-под неё.

Антрациты – наиболее твёрдые сорта с большой глубины и имеющие максимальную температуру сгорания. Каменный уголь – множество сортов, добываемых в шахтах и открытым способом. Имеет самое широкое распространение во многих сферах деятельности человека. Бурый уголь – образовался из остатков торфа, самый молодой вид угля. Имеет самую низкую температуру сгорания. Все виды угля залегают пластами и места их расположения называются угольными бассейнами.

Сегодня, благодаря наличию сложной современной техники, люди опускаются под землю в шахты, глубиной больше километра. С этих горизонтов добывают самый качественный и ценный каменный уголь. Все виды угля можно применять для получения тепла. При сгорании оно выделяется в гораздо большем количестве, чем можно получить его от дров или других твёрдых видов топлива. Самые жаркие сорта угля используют в металлургии, где нужны высокие температуры. Кроме того, уголь – ценное сырьё для химической промышленности. Из него добывают множество нужных и полезных веществ.