Природні джерела вуглеводнів

Нові поняття й терміни:

нафтова фракція, ректифікаційна колона, крекінг, риформінг, коксування, коксовий газ, кам’яновугільна смола, детонаційна стійкість, октанове число, фотохімічний смог, нафтохімія.

У природі вуглеводні трапляються переважно у вигляді природного газу, нафти, кам’яного вугілля. Є два напрями використання цих горючих копалин: як джерела енергії та як сировини для подальшої переробки. Перший означає звичайне спалювання, другий — це шлях органічного синтезу. З вуглеводнів, виділених із нафти, природного газу й вугілля, можна добути багато різних речовин, а з них виробити ще більше корисних матеріалів.

Природний газ, нафта, кам’яне вугілля належать до невідновлюваних природних ресурсів. Ця обставина змушує розвідувати нові родовища й разом із тим експлуатувати вже відкриті так, щоб максимально вилучати з них копалини й раціонально, з найбільшою користю переробляти їх.

Не важко зрозуміти, що доцільніше піддавати нафту, вугілля й газ хімічній переробці, ніж спалювати їх у котельнях, двигунах, промислових і побутових печах тощо.

Які альтернативні джерела енергії вам відомі?

Існують різні погляди на походження горючих копалин. Як уважають прихильники теорії органічного походження, поклади утворилися із решток вимерлих рослинних і тваринних організмів, що перетворилися на суміші вуглеводнів у товщі Землі під дією бактерій, високих тиску й температури.

Згідно з теорією мінерального (вулканічного) походження нафти, природного газу та кам’яного вугілля на первісній стадії формування планети Земля метали сполучалися з вуглецем з утворенням карбідів. У результаті реакції карбідів з водою (водяною парою) у надрах планети виділялися газуваті вуглеводні, зокрема метан і етин:

Під дією нагрівання, радіації та каталізаторів із цих сполук утворювалися інші вуглеводні, що входять до складу нафти. У верхніх шарах літосфери рідкі нафтові компоненти випаровувалися, рідина загусала, перетворювалася на асфальт і далі на вугілля.

Теорію мінерального походження нафти вперше запропонував Д. І. Менделєєв. А на початку ХХ ст. французький учений П. Сабатьє змоделював процес і добув суміш вуглеводнів, подібну до нафти.

§ 22. ПРИРОДНИЙ ГАЗ

Газуватими за стандартних умов є вуглеводні з низькими відносними молекулярними масами, саме вони містяться у природному газі. Переважає в цій суміші метан — його масова частка становить 80—90 %. Решта — гомологи метану: етан, пропан, бутан та інші гази (сірководень, гелій тощо).

Природні горючі гази, що виділяються в деяких місцевостях із тріщин земної кори, були відомі людині з давніх-давен. Подекуди ці гази займалися, наприклад під час грози. Деякі народи вважали священним вогонь у місцях постійного виходу природного газу.

Полум’я природного газу, що пробивається з-під землі, можна спостерігати в наш час на горі Янарташ у Греції (мал. 64).

Мал. 64. Полум'я природного газу в природних умовах (Греція)

На теренах України є родовища природного газу. Назвіть їх.

У товщі земної кори природний газ перебуває у стисненому стані. Через свердловини газ під тиском виходить на поверхню. Спрямувавши газ у газопровід, його можна транспортувати на великі відстані.

З газопроводів газ потрапляє на промислові підприємства та в житлові приміщення, де його використовують як паливо. Використання газу в побуті замість дров і кам’яного вугілля є поступом, хоча при цьому згоряють цінні речовини.

Зважаючи на це, який висновок ви можете зробити щодо економного використання газу в побуті?

Природний газ широко використовують у промисловості. У доменних печах метан згоряє до вуглекислого газу, який, реагуючи з коксом, утворює карбон(ІІ) оксид, останній відновлює оксиди Феруму. Під час виробництва сталі мартенівським способом природний газ використовують як джерело теплоти. Із цією метою його застосовують і в скловарних печах.

Чи є, на вашу думку, раціональним використання природного газу в доменних печах?

Природний газ не лише спалюють, а й переробляють на різні цінні хімічні продукти. Він є сировиною для добування етину, водню, що їх використовують у хімічному синтезі, наприклад водень — у синтезі амоніаку. Сажу, добуту з метану, використовують для виготовлення друкарської фарби, гумових виробів (як наповнювач). Застосування природного газу — це, по суті, застосування метану (табл. 8).

Таблиця 8

Склад і галузі застосування природного і супутнього нафтового газів

	Склад, %
Горючі копалини	Метан	Гомологи метану та інші гази	Галузь застосування
Природний газ	80—98	2—20	Паливо для мартенівських, доменних, скловарних печей, побутових потреб; вихідна сировина для добування етину, водню, сажі, галогенопохідних
Супутній нафтовий газ	30—90	10—70	Газовий бензин (пентан, гексан) — добавка до бензинів Пропан-бутанова суміш — паливо Сухий газ (метан) — паливо, сировина для органічного синтезу

Пригадайте, на яких властивостях метану ґрунтується добування згаданих вище продуктів.

Супутній нафтовий газ. Є поклади природного газу, що залягає разом із нафтою і разом із нею виходить на поверхню із свердловин. Це так званий супутній нафтовий газ. Він є сумішшю летких вуглеводнів, хоча, на відміну від природного газу, містить менше метану й більше — його гомологів та інших газів.

Суміш газів розділяють і використовують як паливо та як хімічну сировину. Суміш пропану й бутану скраплюють і зберігають під тиском у балонах (мал. 65). Це дає змогу транспортувати газ у місця, не під’єднані до мережі газопроводів. Японія, що не має власних родовищ природного газу, 90 % необхідної його кількості отримує в скрапленому вигляді.

Мал. 65. Використання скрапленого природного газу: а — горіння балонного газу; б — повітряні кулі наповнюють повітрям, нагрітим унаслідок спалювання газу

Завдання для самоконтролю

1. Які родовища горючих корисних копалин в Україні вам відомі? Покажіть їх на мапі.

2. Укажіть, які речовини входять до складу природного газу.

А метан

Б етен

В гексан

Г етан

3. Наведіть хімічні рівняння, що підтверджують використання природного газу.

4. Визначте, який об’єм повітря (у літрах) затрачається для спалювання суміші пропану й бутану об’ємом 20 л (н. у., об’ємне співвідношення газів 1 : 1).

А 100

Б 143,75

В 575

Г 20

Вважайте, що об’ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.

5. Яких запобіжних заходів слід уживати під час користування природним газом у побуті?