§5. Природні джерела органічних речовин. Природний і супутній нафтовий гази, їх склад, використання

Для синтезу органічних сполук сировиною є природні органічні речовини, що входять до складу нафти, природного газу, кам’яного вугілля, а також речовини виокремлені з них шляхом первинної переробки. Серед органічних сполук найбільшого використання набули вуглеводні. Основними джерелами вуглеводнів є природні і супутні нафтові гази, нафта і кам’яне вугілля, горючі сланці. Довгий час ці горючі матеріали використовували для виробництва енергії. У наш час значна частина горючих газів, продукти переробки нафти і кам’яне вугілля використовують як цінну сировину в хімічній промисловості і насамперед в органічному синтезі.

Способи використання природних органічних речовин:

1. 1. паливо:
    - тверде (вугілля, горючі сланці, деревина, торф);
    - газувате (природні і супутні нафтові гази);
    - рідке (нафта);
  2. сировина в органічному синтезі.

Природний та супутній нафтові гази

У багатьох місцях земної кулі з тріщин Землі виділяється горючий газ, який називають природним. Гази земної кори дуже різноманітні як за хімічним складом, умовами утворення і поширенням в природі. Природний газ зустрічається там, де залягає нафта, або утворює окремі газові родовища. У цих покладах газ перебуває під великим тиском, і якщо пробурити до газового шару свердловину, він із силою рине на поверхню. Гази можуть заповнювати тріщини і пустоти в гірських породах або підземних печерах, можуть розчинятися в підземних водах і нафті. Усі гази земної кори можна поділити на декілька груп:

а) біохімічного походження, тобто утворені в результаті хімічного перетворення відмерлих рослинних і тваринних організмів. Біохімічні гази являють собою суміш вуглеводнів. Поклади цих газів найбільші і вони являються найбільш цінними для промисловості;

б) літохімічні гази, які виділяються в умовах високих температур і тиску при розкладі гірських порід, вулканічні гази;

в) гази радіоактивного розпаду. Вони утворюються при довільному розпаді радіоактивних речовин;

г) гази повітряного походження, які утворюються з атмосферного повітря, проникають вглиб земної кори в розчиненому стані в дощовій або талій воді.

Склад природного газу різних родовищ різний. Основною складовою частиною природного газу є метан (80-98%) та його гомологи: етан, пропан, бутан і невелика кількість домішок сірководню, азоту, вуглекислого газу, благородних газів та водяної пари. Природний газ безбарвний, майже вдвічі легший за повітря, погано розчинний у воді, без запаху.

При згорянні природного газу виділяється багато теплоти (при спалюванні 1м³ газу виділяється до 54400 кДж теплоти), тому він застосовується як енергетично ефективне та дешеве паливо для теплових електростанцій, котелень, житлових приміщень, автомобілів. Важливою особливістю газоподібного палива порівняно з рідким є менше забруднення продуктами горіння навколишнього середовища. Тому природний газ – один з кращих видів палива для промислових і побутових потреб.

Таблиця 1.

Галузі застосування природного газу

Як паливо

Як сировина для виробництва

У металургії (чорній, кольоровій).
На електро- і теплових станціях.
У котельних установках.
У скляній, цементній, керамічній промисловостях.
У легкій, харчовій, хімічній промисловостях.
У сільському господарстві.
У побуті.

Сажа → фарба → ґумові вироби.
Ацетилен.
Водень.
Синтез-газ.
Метанол.
Формальдегід.
Хлорпохідні.
Штучний кормовий білок.
Хлороводен.

До природного газу належать також супутні нафтові гази. Супутні нафтові гази, які розчинені у нафті і містяться над нею виділяються під час її добування. Супутній нафтовий газ відрізняється від природного за складом: у ньому міститься менше метану (30-40%), але більше його гомологів: етану, пропану, бутану, пентану (60-70% за об’ємом), та інші гази. Тому хімічною переробкою цих газів можна добути більше речовин, ніж з природного газу.

Таблиця 2.

Природний та супутній нафтові гази

Вид газу	Склад газу (у % за об’ємом)
	Метан СН₄	Гомологи метану				H₂S, N₂, CO₂
		С₂Н₆	С₃Н₈	С₄Н₁₀	С₅Н₁₂
Природний	80-90	0,2-4,4	0,07-1,7	0-0,8	0-0,6	1,35-16,7
Супутній	30-40	7,5-21	5,2-21,5	2,3-20,4	0,3-19,8	0-10,7

Раніше супутній газ не знаходив застосування і під час добування нафти його спалюввали факельним способом. Тепер його уловлюють і використовують як паливо й цінну хімічну сировину. При переробці супутнього нафтового газу спочатку відокремлюють легкокиплячі вуглеводні-пентан, гексан та ін. Вони разом утворюють так званий газовий бензин, який використовується як добавка до звичайних бензинів для кращого їх займання під час запуску двигуна. Потім відокремлюється пропан-бутанова суміш, якою заповнюють балони під тиском. Зріджений газ використовується як газоподібне пальне. «Сухий газ», що залишається після відокремлення газового бензину і пропан-бутанової суміші, складається переважно з метану і використовується як паливо.

Супутній нафтовий газ	фракції →	Газовий бензин (С5-С6)
		Пропан-бутанова суміш (С3-С4)
		Сухий газ (С-С2)

Для хімічної переробки з супутного газу відокремлюють індивідуальні вуглеводні: етан, пропан, бутан, тощо. Оскільки насичені вуглеводні відносно хімічно інертні і мало придатні для хімічного синтезу, їх перетворюють за допомогою реакцій дегідрування в активніші – ненасичені вуглеводні, з яких потім синтезують каучуки і пластмаси. Крім того, окисненням вуглеводнів добувають органічні кислоти, спирти, та інші продукти.

Завдання для самоконтролю

■ 80. Скільки пального використано автомобілем за один робочий день, якщо за цей час у повітря виділилось 16 кг чадного газу, а при згорянні пального масою 1 кг виділяється в повітря 800 г чадного газу?

81. Обчислити об’єм повітря необхідний для спалювання природного газу об’ємом 2 м³, що містить 65% метану, 1% вуглекислого газу, 30% етану, 4% азоту.

82. У кисні повітря спалюють суміш метану й етану об’ємом 20 л. Густина цієї суміші за повітрям становить 0,6. Позначте запис, який відповідає об’єму використаного кисню: а) 41 л; б) 38 л; в) 32 л; г) 43 л.

▲● 83. Укажіть основний компонент природного газу: а) азот; б) метан; в) етан; г) етен.

84. Який з газів – природний чи супутній нафтовий – багатший за складом.

85. Назвіть основні напрямки використання природного газу в народному господарстві.

86. Назвіть основні продукти, які виділяють з супутніх нафтових газів і для чого їх використовують.

87. До природних джерел вуглеводневої сировини належать: а) кам’яне вугілля і вода; б) целюлоза і болотний газ; в) нафта і природний газ; г) жири і білки.

●● 88. Зробіть висновок, чому природний газ образно називають «блакитним паливом», «чудом надр», «безцінним скарбом».

89. Яких заходів треба дотримуватися при користуванні метаном у побуті і на виробництві, щоб попередити отруєння, вибухи, пожежі?

90. Якщо запаси нафти, вугілля і газу будуть вичерпані, паливом може стати: а) водень; б) азот; в) вода; г) кисень.

●●● 91. Складіть рівняння реакцій, що характеризують використання природних газів:
С ← СН₄ → СН₃Cl → CH₂Cl₂ → CHCl₃ → CCl₄
С ↙
C₂H₂ → C₆H₆

●●●● 92. Біогаз – це суміш, основними компонентами якої є метан, карбон(IV) оксид. Обчисліть об’єм (м3) кисню (н.у.), що витрачається на спалювання біогазу об’ємом 10 м³, з об’ємною часткою метану – 70% і карбон(IV) оксиду – 30%.

93. Виведіть формулу вуглеводню масова частка Карбону в якому 82,76%, Гідрогену – 17,24%. Маса 1 л цього газу 2,589 г.

Допитливим

♦ Товщина газоносних шарів може досягати сотні метрів. У підземних резервуарах газ знаходиться під тиском до 139 атм. Тонесенькими цівками газ може проходити до поверхні Землі, загорітись від блискавки. Так виникають «вічні» вогні через які існують різні легенди. Над одним із таких «вічних» вогнів, 3,5 тисяч років тому греки побудували храм богу вогню. Вогні Химери горіли біля 3000 тисяч років. В глибоку давнину на Кавказі і в Карпатах на газі готували їжу, опалювали житло. В стародавньому Китаї газ подавали по бамбукових трубках і використовували для освітлення і опалення в храмах.

♦ Родовища природного газу на Україні: Шебелинське, Дашава, у Криму.

♦ Газопроводи: Шебелинка-Харків, Шебелинка-Полтава-Київ, Шебелинка-Дніпропетровськ-Кривий Ріг-Одеса-Кишинів, Шебелинка-Бєлград-Курськ-Брянськ-Москва, Дашава-Київ-Москва, Рудки-Мінськ-Вільнюс-Рига.

♦ Природний газ неотруйний, тому що він погано розчинний у крові, але в суміші із повітрям зменшує вміст кисню в ній. Людина в атмосфері газу відчуває кисневе голодування, а при високій концентрації газу в повітрі, може померти від нападу ядухи. Щороку у світі гинуть люди від отруєння чадним газом, який виділяється при несправних опалювальних приладах, внаслідок неповного згоряння палива. Щоб уникнути небезпеки отруєння потрібно, щоб усі побутові прилади були справні та щоб фахівці регулярно оглядали їх. Якщо полум’я газу жовте, а не блакитне, це свідчить про несправність, і можливо вихід чадного газу. Вже існують різні модифікації протичадних сигналізацій. При користуванні побутовими приладами, які можуть стати причиною поширення чадного газу, завжди виявляйте обачність.