Химия нефти и газа

Ряд стран  не обеспечен нефтью, и поиски их привели к необходимости получения  альтернативным путём, т.е. из угля.

Уже во время мировой войны в Германии и ЮАР получила развитие альтернативная технология.

Мировые запасы углей оцениваются в 14300 млрд.т. Бурые угли представляют собой плотную однородную массу бурого или буро-черного цвета. При нагревании до 100-200⁰С  уголь в виде пластинок способен гнуться, легко воспламеняться и гореть ярким, коптящим пламенем. 

Антрациты. Это черные блестящие образования с высокой твёрдостью и плотностью. Они содержат самый высокий процент водорода. Исторически первым процессом переработки угля являлось коксование, сопровождающееся выделением жидких продуктов. По началу эти продукты не находили практического применения, но с развитием техники на них обратили внимание и стали использовать как горючее, а затем как химическое сырье. Ученые  работают над тем, чтобы из твёрдого минерального горючего получить жидкие газообразные продукты при помощи новых процессов переработки.

Первые  используемые процессы: это термические процессы переработки твердых горючих без доступа к ним воздуха, при t = 500-550⁰С.

Продукты  процесса: газ, смола (первичные продукты), подсмольная вода (смесь воды с  тяжелой породой) и  полукокс (твёрдый  остаток).

Полукокс  содержит много летучих углеводородов (16%) и обычно применяется как сырье  газификации для получения технологических  и горючих газов.

Особенность первичных смол – это высокое  содержание низкомолекулярных алифатических  углеводородов из которых после их извлечения и очистки от примесей можно получать моторные топлива и смазочные масла.

Газококсования  обогащены метаном (40-50%), имеют относительно высокую теплоту сгорания и используются как высококачественное бытовое топливо.

Второй  процесс: термокаталитический

Третий  процесс: гидрокатолитический (+ очистка от серы). 

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ  ТОПЛИВА

Растущий  интерес к альтернативным топливам для легковых и грузовых автомобилей  обусловлен существенными соображениями: эти топлива, как правило, дают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнения атмосферы и глобальное потопление.

Большинство альтернативных топлив производится из неисчерпаемых запасов, некоторые  из них уже широко используются, некоторые находятся в экспериментальной  стадии.

Практическая  ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющимся при его полном сгорании. Так, при сгорании 1 кг древесины выделяется теплота равная 10,2МДж/кг, каменного угля 22 МДж/кг, а бензина 44 МДж/кг. 

Альтернативные  топлива:

1. Природный газ, представляет собой альтернативный вид топлива, которое полностью сгорает и доступно потребителям многих стран. При использовании в транспортных средствах (легковых автомобилях и грузовых) со специально проектируемыми двигателями, природный газ дает значительно меньше вредных выбросов, чем бензин и дизельное топливо.
2. Электричество может быть использовано в качестве альтернативного вида топлива для транспортных средств с питанием от  аккумуляторных батареек или работающих на топливных элементах. Работающие от батарей электрические транспортные средства накапливают энергию в батареях, которые заряжаются путём подключения транспортного средства к стандартному источнику питания. Транспортные средства на топливных элементах работают на электрической энергии, которая вырабатывается за счёт электрохимических реакций, имеющих место при соединении кислорода и водорода, топливные элементы производят электроэнергию без внутреннего сгорания и загрязнения окружающей среды.
3. Водород. Одним из самых перспективных источников является водород. Его выделяют из обыкновенной воды и это не единый способ его получения. Он хорошо хранится и транспортируется в газообразном, жидком и твёрдом виде. Газ удобно хранить в подземных хранилищах, жидкость в резервуарах. Для того, чтобы получить водород в больших количествах, необходимо вдали от населенных пунктов на берегу моря поставить мощные атомные, а в будущем  - термоядерные реакторы. При этом энергия атома пойдёт не только для производства электроэнергии, но и на разложение воды.

Переходно-водородное топливо имеет свою положительную сторону, если каменный уголь нефть, газ и торф расходуются безвозвратно, то водород может участвовать в круговороте энергии сколько угодно. Сгорая, он превращается в водяной пар, а затем в воду. Водород можно смешивать с природным газом, для создания альтернативного топлива. Водород также используется в транспортных средствах с топливными элементами, работающими на электричестве, вырабатываемом в результате реакции, которая происходит при соединении водорода и кислорода.

4. Биодизельное топливо – это вид топлива на основе растительных масел и животных жиров даже тех, которые остаются в ресторане после приготовлении пищи. Двигатели транспортных средств можно модифицировать так, чтобы можно было сжигать биодизельное топливо в чистом виде. Биодизельное топливо можно смешивать с углеводородным дизельным топливом. Оно безопасно, поддается биохимическому разложению и снижает содержание веществ загрязняющих биосферу.
5. Метанол (древесный спирт) и бензино-метанольные топлива. Метанол представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым запахом. Безводный метанол при обычных температурах хорошо смешивается с товарными марками бензинов в любых соотношениях. В России в качестве добавки разрешен метанол до 3%. В США сравнительно в небольших количествах используется топливо, содержащее 85% метанола и 15% бензина, а также чистый метанол в гоночных автомобилях. У метанола высокое октановое число по исследовательскому методу равное 111.

Метанол относится к числу наиболее токсичных веществ. Попадание 30 мл метанола в организм человека приводит к смерти, меньшее количество вызывает потерю зрения. Это обстоятельство является существенным препятствием для применения метанола в качестве моторного топлива.

6. Этанол и бензино-этанольные смеси. Не смотря на более высокую стоимость по сравнению с метанолом, этанол используется в качестве компонентов моторного топлива в больших количествах. В США выработали требования к топливному этанолу, который называется денатурированный топливный этанол, предназначенный для двигателей с искровым зажиганием. В 80х г.г. прошлого века началось массовое использование этанола в Бразилии, США, Швеции и др. странах. Использование бензина с этанолом (5-10%)  - эта смесь называется газохолл.

Существенной  проблемой всегда является транспорт этанола и бензино-этанольных смесей. Из-за высоких их полярностей они не могут транспортироваться по трубопроводам, так как это приводит к растворению в этаноле или смесях смолистых отложений в трубопроводе.

7. Диметиловый эфир (СН₃-О-СН₃) (ДМЭ). По большому счёту это аналог газа. Главный плюс нового топлива – экологическая безопасность. Выброси оксида  азота (NO и NO₂) сокращается в 3 раза. Получают его несколькими способами из органических соединений, наиболее экономичный – синтез из природного газа – метана. Химики обещают, что диметиловый эфир будет в 2 раза дешевле солярки.
8. Разрабатывается проблема использования для целей энергетики термоядерной реакции.