Природные углеводороды

Углеводороды являются сложными органическими веществами. В природе углеводороды получают из полезных ископаемых – нефти, каменного угля, газа. Составляющие компоненты углеводородов – это атомы углерода и водорода. Все прочие углеродсодержащие вещества представляют собой производные углеводородов.
Основные природные углеводороды это:

• природный газ 
• ископаемые угли
• нефть.

Ископаемые угли

На нашей планете существует свыше 36 тысяч угольных бассейнов, а также месторождений. Все вместе они занимают 15% территории планеты Земля. Угольные бассейны простираются на тысячи километров. Существует три основных типа ископаемых углей:

• антрацит – наиболее старый из ископаемых углей. Имеет высокую плотность и блеск. В нем содержится примерно 95% углерода
• каменный уголь имеет в своем составе примерно 99% углерода. Этот вид ископаемого угля наиболее популярен в использовании 
• бурый уголь имеет гораздо меньше углерода в составе – всего 72%. Поскольку он является наиболее молодым из ископаемых углей, то в нем часто встречаются следы древесной структуры. Он характеризуется высоким уровнем гигроскопичности, а также высокой зольностью (от 7% до 38 %), по этой причине его используют исключительно в качестве местного топлива и сырья для химической переработки. При помощи процесса гидрогенизации из него создают ценные типы жидкого топлива: бензин и керосин.

В каменном угле находится много разных органических веществ. Присутствуют, конечно же, и неорганические, к примеру, вода, аммиак, сероводород, углерод. Наиболее часто каменный уголь перерабатывается методом коксования, в условиях температуры 10000 С. Результатом такого процесса является получение:

• коксового газа
• каменноугольной смолы 
• надсмольной или аммиачной воды
• кокса – твёрдого остатка коксования. Его можно назвать чистым углеродом.
• Кокс применяют во время создания чугуна и стали, аммиак – для изготовления азотных и комбинированных удобрений.
• Выше мы уже рассмотрели, какие существуют природные источники углеводородов, уголь из них сложнее всего добывать. Он является крайне грязным топливом. В процессе его добычи часто случаются взрывы и возгорания метана, а также происходит загрязнение окружающей среды. 

Нефть

Следующий природный углеводород – нефть, известен людям с древних времён. На берегах реки Евфрат ее добывали еще 6-7 тыс. лет до н. э. Применяли нефть для освещения жилищ, готовили из нее строительные растворы, а также использовали как лекарства и мази в процессе бальзамирования. Кроме этого, нефть была главным компонентом зажигательного средства, называемого “греческим огнем”.
На сегодняшний день разведано свыше 600 нефтегазоносных бассейнов. Разработки ведутся в 450 из них. При этом ученые считают, что всего в мире около 50 тысяч нефтяных месторождений.
Бывает легкая и тяжелая нефть. Извлечение легкой нефти происходит при помощи насосов или фонтанным методом. Из такого продукта создают главным образом бензин и керосин. Тяжелые сорта нефти часто разрабатывают шахтным способом (к примеру, в Республике Коми). Из нее создают битум, мазут, разные масла.
Нефть можно назвать самым универсальным топливом. Добывать ее довольно легко, поскольку для этого не нужно опускать под землю людей. Основным недостатком такого топлива можно назвать невысокую ресурсообеспеченность (примерно 50 лет).
Каждая капля нефти содержит свыше 900 разных химических соединений, больше половины Периодической системы элементов. Примечательно, что в сыром виде нефть совершенно не используют, применяют исключительно продукты нефтепереработки.
Переработка природных углеводородов, а именно нефти дает возможность получить большое количество крайне ценных продуктов. Результатом отгонки из нефти светлых продуктов является получение мазута. Его подвергают второй перегонке с целью получения смазочных масел. Неперегоняемая часть мазута – гудрон. Его применяют в строительной отрасли, а также в процессе асфальтирования дорог. Объем бензина не превышал 17-20% от массы сырой нефти. Однако, Владимир Шухов в 1891 году предложил вариант промышленного крекинга керосиновой фракции нефти. Таким образом, удалось повысить выход бензина до 65-70% (в перерасчёте на сырую нефть).
Добыча нефти связана с загрязнением окружающей среды. В результате аварий нефтеналивных танкеров, которые периодически происходят, берега покрываются слоем мазута, задыхаются рыбы и млекопитающие, гибнут птицы, когда их крылья вымазываются в мазут. К примеру, в 2007 году в Керченском проливе в воду вылились 2 тысячи тонн нефтепродуктов и почти 7 тысяч тонн серы. Затронутая аварией экосистема сможет восстановиться не раньше, чем через 10 лет. В результате разлива нефти в проливе погибли свыше 15 тысяч птиц. Только представьте, что литр нефти, дающий воду, образует на ее поверхности пятно площадью 100 кв.м. Экологи заявили, что на сегодняшний день почти 20% площади мирового океана покрыты нефтяными пятнами.

Природный и попутный нефтяной газы

В природном газе находятся углеводороды, имеющие небольшую молекулярную массу, главным компонентом является метан. Его объем в газе из различных месторождений составляет от 80% до 97%. Помимо метана, в природном газе находятся:

• этан 
• пропан
• бутан
• азот– 2%
• СО2
• Н2О
• Н2S
• благородные газы. 

Интересно, что по своим качествам природный газ как топливо превосходит нефть, поскольку он более калорийный. Кроме этого, газ легче добывать и транспортировать. Он является самым экономичным из всех видов топлива.
Сферы использования природного газа:

• эффективное топливо
• сырье химической промышленности
• производство ацетилена, этилена, водорода, сажи, пластмассы, уксусной кислоты, красителей
• изготовление медикаментов.

Попутный нефтяной газ – это природная смесь углеводородов, растворенных в нефти и выделяющихся в процессе её добычи. Нефтяной газ содержит меньше метана, но больше пропана, бутана и прочих высших углеводородов.
Свыше 70 стран мира имеют промышленные запасы газа. Практически 2/3 мировой добычи газа приходится на Россию и США. Ведущим регионом газодобычи не только в России, но и в мире, можно назвать Ямало-Ненецкий автономный округ. Российский город Новый Уренгой давно признали газовой столицей.
Применение природных источников углеводородов играет огромную роль для химической промышленности. Ученые занимаются поиском альтернативы и замены такого топлива. К примеру, активно вводятся в эксплуатацию ветро- и гидро- электростанции, используется энергия солнца. Уменьшение объема используемой нефти путь не только к более рациональному её применению, но и к сохранению данного сырья для будущих поколений. Углеводородным сырьём стоит пользоваться исключительно с целью переработки и синтеза различных ценных соединений. Однако, на сегодняшний день, 94% добываемой нефти используется в качестве топлива. Еще Д. И. Менделеев сказал: “Сжигать нефть – это то же самое, что топить печь ассигнациями”.

Природные источники углеводородов – переработка

Добытые из недр земли углеводороды имеют неоднородный состав, вследствие чего использование их в чистом виде связанно со многими трудностями. Необходимость переработки углеводородов связанна с желанием мировых компаний повышать объем добычи полезных компонентов из нефти и газа, а также создавать высокооктановые бензины для новейших ДВС и смазочные материалы высокого качества. Переработка осуществляется такими методами:

• перегонка – самый первый этап переработки нефти, заключается в простом разделении на легкокипящие, средние и тяжелые фракции. Результатом этого процесса является получение бензинов, керосинов и мазута
• крекинг – это переработка нефти в условиях высокой температуры. Результатом этого процесса является синтез моторного масла, топлива и другого сырья для химической и нефтяной отрасли
• коксование – это получение кокса из тяжелых фракций, который впоследствии применяют для создания электродов и коррозионностойкой аппаратуры
• риформинг является каталитическим облагораживанием синтезированных ранее видов бензина с низким октановым числом. Конечные продукты - высокооктановый бензин, ароматические углеводороды (бензол, толуол) 
• гидроочистка. В процессе риформинга нефтяных производных наблюдается выделение водорода, который далее поступает на очистку нефтепродуктов от серы и азота.

Во время добычи нефти получают и природный газ, находящийся как в самой нефти, так и в виде газовой шапки внутри месторождения. Область его использования в последние годы существенно расширилась:

• энергетика
• тепловые электростанции
• бытовое топливо
• автомобилестроение.

По этой причине переработка метана в жидкие углеводороды находится под наблюдением. В процессе разработки месторождений, при отсутствии подготовленной инфраструктуры для сбора, перевозки и переработки попутного нефтяного газа и природного газа, их попросту сжигают в факеле. Однако, данный продукт является ценным топливом и бюджетным вариантом электро- и тепловой энергии.
Можно сделать вывод, что технологии добычи и переработки углеводородов имеют непосредственную взаимосвязь. Высокий уровень разработки месторождений в несколько раз повышает объем добываемого сырья для последующего синтеза очень важных для человечества химических веществ.
Ученые не сидят сложа руки, им нужны дешевое топливо и мощные двигатели. В связи с этим они находятся в постоянном поиске новых методов получения полезных веществ из природных ресурсов.