POWRÓT

SEMESTR II

ROPA NAFTOWA I INNE SUROWCE PRZEMYSŁU ORGANICZNEGO


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Podstawowe surowce przemysłu organicznego
Gaz ziemny
Ropa naftowa;
Węgiel kamienny
Surowce roślinne i zwierzęce

 

Podstawowe surowce przemysłu organicznego

   


Wiele cennych związków chemicznych uzyskuje się z kopalin, roślin i zwierząt.
Z kopalin wydobywa się:

  • surowce mineralne takie jak sól kamienna, hematyt, kwarc, piryt, blenda cynkowa, wapień, magnetyt, sole potasu, boksyt, galena, apatyt, anhydryt i wiele innych.
  • ropę naftową
  • gaz ziemny
  • różne węgle

Rośliny i zwierzęta są źródłem następujących surowców:

  • tłuszcze
  • drewno
  • zboża, ziemniaki, buraki cukrowe

Do góry


 

Gaz ziemny

   


Gaz ziemny zawiera głównie metan. Częściej jednak jest to mieszanina zawierająca 95% metanu oraz wyższe alkany z domieszkami H2S, N2, CO2 i helowców. Gaz ziemny wykorzystuje się jako tanie paliwo w instalacjach domowych i przemysłowych,
Metan jest także cennym surowcem przemysłu. Półspalanie metanu.

2CH4 + O2 --> 2CO + 2H2

daje gaz syntezowy, z którego można otrzymać metanol, alkany, kwasy karboksylowe i inne związki organiczne

Do góry


 

Ropa naftowa

   


Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów zawierających związki węgla od C4 do C50. Skład ropy zależy od pochodzenia. Głównym składnikiem są alkany o łańcuchu prostym. W ropie nie stwierdzono obecności olefin.
Poza tym występują cykloalkany, szczególnie cyklopentan i cykloheksan oraz alkilowe pochodne i węglowodory aromatyczne jak benzen, ksylen, naftalen i alkilonaftaleny.
Proces przeróbki surowej ropy naftowej wykonuje się w rafineriach. rafinowanie polega (po osuszeniu) na rozdzieleniu ropy na różne frakcje w zależności od temperatur wrzenia w wyniku destylacji frakcjonowanej.

Najczęściej wydzielane frakcje podaje tablica 15.1

Tablica

Frakcje ropy naftowej

Nazwa frakcji

Długość łańcucha węglowego

Zakres temp. wrzenia
oC

Typowe zastosowanie

Eter naftowy (gazolina)

C4 - C7

35 - 80

Rozpuszczalnik

Benzyna

C6 - C9

40 - 200

Paliwo silnikowe

Benzyna ciężka

C8 - C12

70 - 215

Rozpuszczalnik farb, tłuszczów, kauczuku

Nafta

C10 - C16

175 - 300

Paliwo do lamp naftowych

Lekkie oleje smołowe

C20 i wyżej

300

Smary

Parafina, wazelina

C20 i wyżej

300

Świece, papier woskowy

Asfalt

Długie łańcuchy

-

Nawierzchnie drogowe, olej opałowy

Stała pozostałość

Długie łańcuchy

-

Paliwo do wielkich pieców, reduktor w metalurgii

Frakcja benzynowa służy jako paliwo do silników spalinowych. Ilości benzyny otrzymywane z ropy nie wystarczają na pokrycie potrzeb. Dlatego opracowano metody przekształcania weglowodorów niższych i wyższych w węglowodory wrzące w pożądanym zakresie temperatur. Wyższe frakcje poddaje się krakowania (rozrywanie długich łańcuchów) a niższe polimeryzacji, izomeryzacji itp.
Dąży się przez odpowiedni dobór warunków aby weglowodory miały budowę rozgałęzioną. jako kryterium oceny benzyn służy tzw. liczba oktanowa (L.O). Założono, że liczba oktanowa łańcuchowego n-heptanu wynosi 0, a rozgałęzionego izooktanu - 100.
izooktan (2,2,4-trimetylopentan) LO = 100

Liczba oktanowa podaje procentową zawartość izooktanu w porównawczej mieszaninie izooktanu i n-heptanu
Celem podniesienia liczby oktanowej benzyny dodaje się nieraz tetraetylek ołowiu (C2H5)4Pb, stąd nazwa etylina.

Do góry


 

Węgiel kamienny

   


Węgiel wystepujący w przyrodzie jest mieszaniną różnych połączeń, w skład których jako pierwiastki podstawowe wchodzą; węgiel, wodór, tlen, azot, siarka. W czasie ogrzewania (sucha destylacja) następuje zrywanie wiązań C-C, C-H, C-O, itd. Przeróbkę węgla prowadzi się w koksowniach i gazowniach w temperaturze 900 - 1000oC.
Przy zgazowaniu 1000kg węgla otrzymuje się:

  • gaz świetlny 330m3 (20%) o przeciętnym składzie: 50% H2, 34% CH4, 80% CO, 4% olefin, 4% N2, 1% CO2
  • koks 650 kg (65%)
  • smołę węglową 42 kg (5%)
  • wodę pogazową (ok. 10%) (NH3 + H2SO4 --> (NH4)2SO4 )

Smołę poddaje się destylacji frakcjonowanej. Skłąd smoły zmienia się w zależności od temperatury suchej destylacji węgla i gatunku węgla (tablica 15.1).

Tablica 15.2

Produkty frakcjonowanej destylacji smoły węglowej

Zakres temp.
wrzenia

Nazwa frakcji

Wydajność

Składniki frakcji

80 - 160oC

Olej lekki

1,4 - 5,8

cyklopentadien, benzen, toluen, ksyleny, etylobenzen, pseudokumen, hemimeliten, duren, styren, inden, anilina, acetonitryl, benzonitryl, pirol, pirydyna, pikolina, dwusiarczek węgla, tiofen.

160 - 240oC

Olej średni

3,5 - 12

pięcio- i sześciometylobenzeny, naftalen, 1-i 2-metylonaftaleny, fenol, krezole, ksylenole, toluidyny, chinolina, inden

240 - 270oC

Olej ciężki

10 - 12

metylo- i dimetylonaftaleny, acenaftalen, dwufenyl, 1- i 2-naftole, metylochinaliny, inden

270 - 370oC

Olej antracenowy

12 - 27

antracen, metyloantracen, fenantren, fluoren, wayższe fenole, akrydyna, karbozol

370oC

Pozostałość (pak)

50 - 60

piren, chryzen i inne wyższe węglowodory o pierścieniach skondensowanych

Do góry


 

Surowce roślinne i zwierzęce

   


  • tłuszcze roślinne i zwierzęce
  • celuloza
  • kauczuk

Tłuszcze roślinne i zwierzęce

Tłuszcze występują w tkankach zwierzęcych (łój, smalec, masło, tran oraz w nasionach roślin (oleje, masło kakaowe). Stosowane od dawna prymitywne metody wyodrebnienia polegały na wytapianiu tłuszczów lub wyciskaniu z nasion w prasach hydraulicznych. Obecnie wykorzystuje się ekstrakcję - proces polegający na wypłukiwaniu tłuszczu rozpuszczalnikiem organicznym ze zmiazdżonych uprzednio roślin.
Ekstrakt (roztwór) poddaje się destylacji w celu usunięcia rozpuszczalnika, który ponownie używa się do ekstrakcji.
Tłuszcze występujące w przyrodzie nie mają jednolitego składu chemicznego. Wydzielono z nich ponad 50 różnych kwasów karboksylowych. Wiecej o budowie i własnościach tłuszczów w rozdziale Biochemia.
Oprócz zastosowań w przemyśle spożywczym, tłuszcze wykorzystuje się do produkcji mydła, powłok kosmetyków i gliceryny.


Celuloza
Źródłem celulozy jest drewno, słoma, bawełna i juta. Z celulozy wyrabia się papier, kleje, lakiery, celofan, błony fotograficzne i sztuczny jedwab.
W procesie produkcyjnym otrzymywania celulozy wykorzystuje się odporność chemiczną celulozy. Surowiec jakim jest drewno (miazga) ogrzewa się pod zwiększonym ciśnieniem, z tlenkiem siarki(IV) i wodorosiarczynem wapniowym, które reagują ze wszystkimi składnikami drewna z wyjątkiem celulozy dając substancje rozpuszczalne w wodzie. Po odfiltrowaniu i przepłukaniu otrzymuje się czystą celulozę.
Papier produkowany jest z celulozy nie zmienionej chemicznie. Inne wyroby celulozowe wymagają modyfikacji struktury łańcucha celulozowego. Chemiczna modyfikacja celulozy polega na estryfikacji grup hydroksykowych. Wiecej o reakcjach celulozy w dziale Biochemia
Z azotanu celulozy produkuje sie kleje i lakiery celulozowe. Dwuazotan celulozy z dodatkiem kamfory stnowi celuloid, a trójazotan celulozy, zwany nitrocelulozą jest materiałem wybuchowym (proch bezdymny).
Octan celulozy słuzy do wyrobu błon fotograficznych, tworzyw sztucznych, lakierów i włókien.
Produkcja sztucznego jedwabiu celulozowego polega na przeprowadzeniu celulozy w rozpuszczalną pochodną, najczęściej ksantogenian. Wodny roztwór ksantogenianu celulozy jest lepką, przezroczystą cieczą, zwaną wiskozą, zktórej można zregenerować celuloze nadając równocześnie produktom różnorodne kształty; włókna ciągłego, folii płaskiej lub zwiniętej w rurę bez szwu (sztuczne jelita), kapturków do zamykania butelek, gąbki, itp.
Formowanie włókna wiskozowego polega na tłoczeniu wiskozy przez otworki o średnicy włosa. Operacja nie odbywa się w powietrzu lecz w cieczy (H2SO4 + sole), która przeprowadza ksantogenian celulozy w celulozę. Tłoczenie wiskozy przez wąską szczelinę daje folię, ta zaś po nasyceniu gliceryną celofan.


Kauczuk

Kauczuk występuje w drzewach kauczukowych. Z kauczuku naturalnego wyrabia się gumę. Kauczuk naturalny jest polimerem z izoprenu.

nCH2=C(CH3)-CH=CH2 --> (-CH2-C(CH3)=CH-CH2-)n

Wartość n waha się w granicach 1500 - 3000.
kauczuk jest wrażliwy na temperaturę i czynniki atmosferyczne. Dopiero ogrzewanie kauczuku z siarką (wulkanizacja) daje gumę - produkt sprężysty, elastyczny odporny na chemikalia i wytrzymały mechanicznie. Podczas wulkanizacji atomy siarki wiązane są przez reszty izoprenowe w miejscu podwójnych wiązań. Wiązanie C=C pęka i atomy siarki tworzą mostek miedzy dwoma łańcuchami polimeru. W ten sposób łańcuchy poliizoprenu tracą swobodę poruszania się względem siebie, dzięki czemu guma zyskuje elastyczność i sprężystość.

Do góry


   

 

 (C) 2010 - 2013 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved