Хімія. 9 клас. Лашевська

§ 31. Перегонка нафти. Застосування вуглеводнів. Вуглеводнева сировина й охорона довкілля

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • усвідомити значення перегонки нафти та екологічні ризики, пов’язані з добуванням, переробленням і використанням вуглеводневої сировини;
  • описати застосування вуглеводнів;
  • запобігти негативному впливу на довкілля, зумовленому використанням вуглеводневого палива і продуктів перероблення вуглеводневої сировини.

Перегонка нафти - спосіб її перероблення, що ґрунтується на відмінності в температурах кипіння компонентів цієї суміші.

Неабияку увагу питанням нафтоперегонки в 60-70-х роках XIX ст. приділяв Д. І. Менделєєв. Він, зокрема, розробив принцип її безперервної дробної перегонки. Під його наглядом було виготовлено установку, за допомогою якої науковець випробовував нову технологію. Ю. В. Лермонтова (рис. 31.1) розробила й сконструювала один з таких апаратів в 1882 році. Передбачалися використання перегрітої водяної пари, великий вихід цільових продуктів і незначна кількість залишків. Це був один з кращих апаратів для безперервного процесу перегонки нафти. Про нього писали багато наукових журналів і газет.

Цікаво і пізнавально

Рис. 31.1. Лермонтова Юлія Всеволодівна (1847-1919) - перша російська жінка, удостоєна докторського ступеня за дослідження в галузі хімії. У 1882 році розробила оригінальну установку, призначену для безперервної перегонки нафти. Унесок Ю. В. Лермонтової в теорію та практику нафтової справи дає підстави назвати її першою жінкою-нафтовикинею, дослідження якої багато в чому сприяли будівництву перших нафтогазових заводів у Російській імперії.

Цікаво і пізнавально

Рис. 31.2. Шухов Володимир Григорович (1853-1939) - інженер-винахідник, який уперше у світі здійснив промислове факельне спалювання рідкого палива за допомогою винайденої ним форсунки. Розробив і запатентував промислову установку для перегонки нафти з розкладанням на фракції під впливом високих температур і тиску. За його проектом побудовано сталеву ажурну сітчасту вежу в м. Миколаєві, унікальний Станіславо-Аджигольський маяк поблизу села Рибальче Голопристанського району Херсонської області

У 1886 р. російський інженер В. Г. Шухов (рис. 31.2) запатентував «апарат для безперервної дробної перегонки нафти».

Перегонку нафти зазвичай здійснюють у кілька стадій. Унаслідок одноступінчастої перегонки за атмосферного тиску одержують світлі нафтопродукти: бензин, гас, газойль або дизельне пальне, у залишку - мазут. Розгляньмо рисунок 31.3. На ньому зображено установку для фракційної перегонки нафти за атмосферного тиску: 1 - сира нафта; 2 - трубчаста піч для попереднього підігрівання нафти; 3 - ректифікаційна колона - спеціальна установка, у якій повторюють цикли конденсації й випаровування рідких компонентів нафти. На горизонтальних перетинках з отворами (тарілках) відбувається конденсація фракцій нафти. На більш високих тарілках накопичуються фракції з низькою температурою кипіння, на нижніх - з високою. Продукти перегонки нафти: 4 - газовий бензин; 5 - лігроїн; 6 - газолін; 7 - гас; 8 - реактивне пальне; 9 - дизельне пальне; 10 - мазут; 11 - гудрон (це спрощена схема. Температурні інтервали та продукти залежать від умов конкретного виробництва. Для перегонки нафти зазвичай використовують п’ять ректифікаційних колон, у яких послідовно виокремлюють різноманітні нафтопродукти).

Рис. 31.3. Установка для фракційної перегонки нафти

Двоступінчаста (атмосферно-вакуумна) перегонка потребує не менше двох ректифікаційних колон (рис. 31.4). У другій ректифікаційній колоні вакуумною перегонкою з мазуту отримують мастила і залишок - гудрон. Добуті ректифікацією нафтопродукти хімічно переробляють.

Рис. 31.4. Промислові ректифікаційні колони великої потужності - споруди 40-60 м заввишки й діаметром 3-6 м

Продукти перегонки нафти та їхнє застосування відомі чи не кожному. Докладніше дізнатися про них ви зможете з таблиці 31.1.

Таблиця 31.1

Склад і застосування продуктів перегонки нафти

Назва продукту перегонки нафти

Хімічний склад (число атомів Карбону в ланцюзі)

Температура кипіння, °С

Застосування

Ректифікаційні гази (газовий бензин)

1-4

≈ 40

Сировина в нафтохімії, на заводах органічного синтезу, а також для компаундування1 автомобільного бензину

Газолін

5-7

36-180

Розчинник оліїстих, смолистих органічних речовин, пальне в карбюраторних двигунах

Лігроїн

8-14

150-180

Пальне в карбюраторних і дизельних двигунах, розчинник у лакофарбовій промисловості, гідравлічна рідина в деяких приладах

Гас, реактивне пальне

12-18

180-250

Реактивне пальне, горючий компонент рідкого ракетного палива, пальне на виробництві скла і фарфору, у побутових нагрівальних та освітлювальних приладах, в апаратах для

1 Змішування двох чи кількох масел, видів палива для отримання спеціальних продуктів із заданими якостями.

Продовження таблиці 31.1

Назва продукту перегонки нафти

Хімічний склад (число атомів Карбону в ланцюзі)

Температура кипіння, °С

Застосування

різання металів. Розчинник, сировина для нафтопереробної промисловості. Замінник зимового та арктичного дизпалива для дизельних двигунів

Дизельне пальне (газойль)

18-25

240-350

Пальне для залізничного, водного, автомобільного транспорту, сільськогосподарської техніки, котелень. У чинбарстві для просочення шкур, у складі мастильно-охолоджувальних і гартувальних рідин під час механічного й термічного обробляння металів

Мазут

Понад 20

Понад 350

Паливо для парових котлів, котельних установок і промислових печей, сировина для виробництва важкого моторного палива, гудрону, бітуму, вазеліну, парафіну

Гудрон

Вищі вуглеводні

Понад 500

Виробництво дорожніх, покрівельних і будівельних бітумів, малозольного коксу, змащувальних масел, мазуту, горючих газів і моторних палив

Хімічне перероблення нафти пов’язане зі зміною будови вуглеводнів - її складників. Продукти вторинного перероблення нафти є сировиною для виготовлення найрізноманітніших матеріалів та засобів побутової і промислової хімії, гігієни, ліків, косметики тощо (рис. 31.5). З відходів перегонки нафти виробляють кокс. Його використовують у виробництві електродів і в металургії. Сірка, яку одержують з нафти під час її перероблення, є сировиною для виробництва сульфатної кислоти.

Рис. 31.5. Продукція хімічного перероблення нафти

Екологічні проблеми, пов’язані з видобуванням і використанням природної вуглеводневої сировини, стосуються кожного. Адже забруднення довкілля нафтою й нафтопродуктами, зміни клімату, зумовлені надходженням у атмосферу парникових газів - метану і карбон(ІV) оксиду, теплове забруднення атмосфери внаслідок згоряння палива, кислотні дощі тощо є глобальними проблемами людства.

Дуже небезпечним для довкілля є потрапляння нафти і продуктів її перероблення у природні водойми, підземні води тощо. Здатність нафти вкривати тонкою плівкою значні ділянки акваторії за порівняно невеликих розливів призводить до вкрай негативних наслідків. Нафта не змішується з водою, однак її викиди згубні для водоростей, молюсків, ракоподібних. Морські ссавці потерпають від нафтового забруднення, оскільки їхнє хутро вкривається шаром нафти, що проникає крізь шкіру й отруює тварин. Однак найбільшої шкоди зазнають рибоїдні птахи: нафта просочує й склеює їхнє пір’я (рис. 31.6). Це унеможливлює політ. Наслідком погіршення теплоізоляції тіла стає загибель від переохолодження. Також знижується плавучість, і птах тоне у воді. Намагання тварини почистити пір’я призводить до заковтування вуглеводнів і отруєння.

Рис. 31.6. 1. Природа волає про допомогу! 2. Для того щоб відмити одного птаха, потрібно дві людини, 45 хв і 1100 л чистої води

Темна нафтова плівка на поверхні моря знижує освітленість товщі води, інтенсивність фотосинтезу у фітопланктоні слабшає, зменшується обсяг кисню, що він виробляє. Необхідність охорони морського середовища від нафти істотно зросла у зв’язку з інтенсивним розробленням морських нафтових родовищ. Наразі використовують різноманітні сорбенти, за допомогою яких збирають і видаляють нафту з поверхні води, ґрунту тощо.

Проблема відходів, що утворюються внаслідок перероблення вуглеводневої сировини, актуальна не лише у природоохоронному аспекті. Адже ці речовини здебільшого є цінними матеріальними ресурсами. їхнє комплексне використання сприятиме істотному зниженню темпів споживання первинних природних ресурсів, передусім невідновлюваних.

Чи можете ви особисто запобігти негативному впливу на довкілля, зумовленому використанням вуглеводневого палива і продуктів перероблення вуглеводневої сировини? Застосовуйте в побуті енергоощадні технології. Сортуйте сміття. Віддавайте перевагу предметам ужитку та упаковці багаторазового використання. Частіше ходіть пішки чи використовуйте велосипед як засіб пересування. Купуйте товари, вироблені у вашій місцевості. Добре поміркувавши, ви легко зможете доповнити цей перелік порад (зробіть це), від дотримання яких багато в чому залежить майбутнє нашої планети.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Перегонка нафти - спосіб її перероблення, що ґрунтується на відмінності в температурах кипіння компонентів цієї суміші.

• Добуті ректифікацією нафтопродукти хімічно переробляють.

• Хімічне перероблення нафти пов’язане зі зміною будови вуглеводнів - її складників.

• Екологічні проблеми, пов’язані з видобуванням і використанням природної вуглеводневої сировини, стосуються кожного.

• Ви можете особисто запобігти негативному впливу на довкілля, зумовленому використанням вуглеводневого палива і продуктів перероблення вуглеводневої сировини.

Перевірте себе

1. Що таке перегонка нафти? 2. Для чого використовують нафтоперегонку? 3. Які продукти одержують перегонкою нафти? 4. Як використовують продукти перегонки нафти та її хімічного перероблення? 5. Які екологічні проблеми пов’язані з видобуванням і використанням природної вуглеводневої сировини? Які шляхи їх розв’язування? 6. Як можете ви особисто запобігти негативному впливу на довкілля, зумовленому використанням вуглеводневого палива і продуктів переробки вуглеводневої сировини?

Застосуйте свої знання й уміння

7. Доведіть екологічну й економічну доцільність комплексного використання вуглеводневої сировини. 8. Заповніть таблицю за зразком:

Екологічні ризики, пов’язані з переробленням вуглеводневої сировини і використанням продуктів, одержаних з неї

Що я знав (знала) з книжок, періодичної преси, ТБ, інтернет-джерел тощо

Що дізнався (дізналася), опрацювавши § 33

Про що хочу дізнатися

Що я робитиму для того, щоб мінімізувати ці ризики

*9. Використайте різноманітні джерела інформації та підготуйте повідомлення про сучасні методи знешкодження розливів нафти та нафтопродуктів (сорбція, біорозкладання тощо).

Творча майстерня

10. Самостійно або в складі малої навчальної групи розробіть для молодших школярів і школярок сценарій унаочнення наслідків аварії нафтового танкера та способів її ліквідації. Утільте розробку в життя: продемонструйте анімацію наживо або зафіксуйте її фото- чи відеоапаратурою. Використайте миску з водою, іграшкові фігурки (танкер, птахи, риби, морські тварини тощо), олію, ложки, тирсу, пісок, товчену крейду, ватні тампони, пральний порошок, шампунь, питну соду. Дізнайтеся, у якій поезії Ліни Костенко описано екологічну проблему, пов’язану із забрудненням довкілля нафтою та продуктами її перероблення. Використайте цю поезію під час презентації.

Дізнайтеся більше

  • https://www.youtube.com/watch?v=1uKdzqowlSI
  • http://www.dailymotion.com/video/xb4ywi_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D0%BD%D0%BA%D0%B0-%D0%BD%D0%B5%D1 %84%D1 %82%D0%B8_school
  • https://www.youtube.com/watch?v=jXMFGOFgC14
  • https://www.youtube.com/watch?v=tr2q1cVMeok
  • https://www.youtube.com/watch?v=EqEAtIdhNT4
  • https://www.youtube.com/watch?v=8IyVIlYlMgc