Neft, tabiiy gaz va toshko‘mir

Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — uglevodorodlarning asosiy tabiiy manbalari. Ular bir vaqtning o‘zida energetikaning asosiy yoqilg‘isi (elektr stansiyalari, transport, isitish) va organik sintez uchun xomashyo: plastmassalar, sintetik tolalar va kauchuklar, o‘g‘itlar, dori-darmonlar, bo‘yoqlar — hammasining boshida neft yoki gaz turadi. O‘zbekiston — yirik gaz qazib oluvchi davlat: Sho‘rtan, Muborak, Gazli, Kandim konlari, Ustyurt gaz-kimyo majmuasi (polietilen va polipropilen ishlab chiqaradi), Buxoro va Farg‘ona neftni qayta ishlash zavodlari ishlaydi. Bu mavzuda fizik (haydash) va kimyoviy (kreking, riforming, piroliz) qayta ishlash usullarini aniq farqlash muhim.

§1. Tabiiy va yo‘ldosh neft gazi

• Tabiiy gaz — asosan metan (80–98 %), oz miqdorda etan, propan, butan, shuningdek N₂, CO₂, ba’zi konlarda H₂S. U eng toza yoqilg‘i (yonganda kul va oltingugurt oksidlari deyarli hosil bo‘lmaydi) hamda vodorod, ammiak, metanol, atsetilen, qurum ishlab chiqarish uchun xomashyo. Tabiiy gazning hidi yo‘q, shuning uchun xavfsizlik maqsadida unga o‘tkir hidli oltingugurt birikmalari (merkaptanlar) qo‘shiladi.
• Yo‘ldosh neft gazi — neft bilan birga chiqadi va neftda erigan bo‘ladi: metandan tashqari etan, propan, butan va pentan ko‘p. Undan quruq gaz (metan), suyultirilgan propan-butan aralashmasi (ballon gazi) va gaz benzini ajratiladi.

Shuningdek metandan piroliz bilan atsetilen (2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂) va xlorlash bilan erituvchilar olinadi.

Misol

1,6 kg metandan sintez-gaz orqali necha kilogramm metanol olish mumkin (unum 100 %)?

1. n(CH₄) = 1600/16 = 100 mol.
2. CH₄ → CO + 3H₂, CO + 2H₂ → CH₃OH: 1 mol metandan 1 mol metanol (vodorod ortiqcha qoladi).
3. m(CH₃OH) = 100·32 = 3200 g = 3,2 kg.

§2. Neft va uni haydash

Neft — qo‘ng‘ir yoki qora rangli moysimon suyuqlik, suvdan yengil; u uglevodorodlar aralashmasi (alkanlar, sikloalkanlar, arenlar) va oz miqdorda kislorod, oltingugurt, azot birikmalari. Aralashma bo‘lgani uchun uning aniq qaynash harorati yo‘q, u keng harorat oralig‘ida qaynaydi. Qazib olingan neft avval suv, tuzlar va erigan gazlardan tozalanadi, so‘ng rektifikatsion kolonnada fraksiyalab haydaladi — bu fizik jarayon: tarkibdagi moddalar o‘zgarmaydi, faqat qaynash harorati bo‘yicha ajratiladi.

Kolonnaning pastki qismida harorat yuqori, yuqorisida past: yengil fraksiyalar yuqoriga ko‘tariladi. Mazut qozonxonalarda yoqilg‘i sifatida yoqiladi yoki kamaytirilgan bosimda (vakuumda) qayta haydaladi — undan moylash moylari, vazelin, parafin va qoldiq gudron (asfalt) olinadi. Kerosin — aviatsiya yoqilg‘isi, dizel yoqilg‘isi — yuk mashinalari va traktorlar uchun. Fraksiyalardagi uglerod atomlari soni qanchalik ko‘p bo‘lsa, ularning qaynash harorati va qovushqoqligi shunchalik yuqori, uchuvchanligi esa past bo‘ladi.

§3. Neftni kimyoviy qayta ishlash

To‘g‘ri haydalgan benzin miqdori kam va sifati past, shuning uchun og‘ir fraksiyalar kimyoviy o‘zgartiriladi.

• Kreking — uzun uglerod zanjirlarini parchalash, benzin unumini oshirish:

Termik kreking (470–550 °C) mahsulotida alkenlar ko‘p, benzin beqaror; katalitik kreking (alyumosilikat katalizatorlar, taxminan 450 °C) tarmoqlangan va aromatik uglevodorodlarga boy, sifatli benzin beradi.

• Riforming (aromatlash) — alkan va sikloalkanlardan arenlar olish: C₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂, C₇H₁₆ → C₆H₅CH₃ + 4H₂; benzinning oktan sonini oshiradi va arenlar hamda vodorod manbai bo‘ladi.
• Piroliz (700–1000 °C) — polimerlar uchun xomashyo: etilen va propilen olish. Ustyurt majmuasida aynan etan va propan pirolizidan olingan etilen va propilen polimerlanadi.

Oktan soni benzinning dvigatelda o‘z-o‘zidan portlashga (detonatsiyaga) chidamliligini ko‘rsatadi: AI-92 benzini 92 % izooktan va 8 % n-geptan aralashmasi kabi yonadi.

Misol

Kreking mahsulotida alken borligini qanday tekshirasiz?

1. Namunaga bromli suv yoki KMnO₄ eritmasi qo‘shiladi.
2. Rangsizlansa — to‘yinmagan uglevodorod (alken) bor.
3. To‘g‘ri haydalgan benzin bu reaktivlarni rangsizlantirmaydi — shu bilan ular farqlanadi.

§4. Toshko‘mir va uni qayta ishlash

Toshko‘mir — asosan ugleroddan iborat qattiq yoqilg‘i, unda vodorod, kislorod, azot va oltingugurt birikmalari ham bor. Kokslash — toshko‘mirni havosiz taxminan 1000 °C da qizdirish; mahsulotlari:

• koks — deyarli toza uglerod, domna pechlarida temirni qaytarish uchun;
• koks gazi (H₂, CH₄, CO) — yoqilg‘i;
• toshko‘mir smolasi — benzol, toluol, fenol, naftalin manbai;
• ammiakli suv — ammoniy sulfat (o‘g‘it) olinadi.

Toshko‘mir yonganda gaz yoqilg‘isiga qaraganda ko‘proq kul, qurum va oltingugurt oksidlari hosil bo‘ladi. Ko‘mirni gazlashtirish (suv bug‘i bilan qizdirish: C + H₂O → CO + H₂) orqali undan ham sintez-gaz olish mumkin, keyin esa sintez-gazdan suyuq yoqilg‘i va metanol sintez qilinadi. Shunday qilib, uchala tabiiy manba — gaz, neft va ko‘mir — oxir-oqibat bir xil oraliq mahsulotlar (sintez-gaz, alkenlar, arenlar) orqali organik sintezga xomashyo beradi.

§5. Ekologiya va yonish issiqligi

Uglevodorod yoqilg‘ilarining yonish mahsulotlari atrof-muhitga ta’sir qiladi: CO₂ (issiqxona effekti), CO (juda zaharli, chala yonishda hosil bo‘ladi), SO₂ va azot oksidlari NOₓ (kislotali yomg‘irlar), qurum va changlar. Yechimlar: avtomobillarda katalitik neytralizatorlar, yoqilg‘ini oltingugurtdan tozalash, gaz yoqilg‘isiga va qayta tiklanuvchi energiyaga o‘tish. Neft to‘kilishi suv havzalari uchun ayniqsa xavfli: suv yuzasida yupqa parda hosil bo‘lib, kislorod almashinuvini to‘xtatadi va tirik organizmlarni nobud qiladi.

Yoqilg‘ilarni solishtirishda yonish issiqligi (1 kg yoki 1 m³ yonganda ajraladigan issiqlik) va chiqindilar miqdori hisobga olinadi. Tabiiy gaz massa birligiga ko‘ra eng yuqori yonish issiqligiga ega yoqilg‘ilardan biri va eng kam zararli chiqindi beradi, shuning uchun u ko‘mir va mazutga qaraganda ekologik jihatdan afzal. Neft va gaz zaxiralari cheklangan va qayta tiklanmaydi, shuning uchun ularni tejash, chuqurroq qayta ishlash va quyosh, shamol energiyasidan foydalanish muhim vazifa hisoblanadi.

Misol

1 m³ tabiiy gaz (95 % CH₄, n.sh.) yonganda qancha issiqlik ajraladi? (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 890 kJ)

1. V(CH₄) = 1000·0,95 = 950 l → n = 950/22,4 ≈ 42,4 mol.
2. Q = 42,4·890 ≈ 37 700 kJ.
3. Javob: taxminan 37,7 MJ.

O‘zingizni tekshiring

1. Neftni haydash qanday jarayon: fizik yoki kimyoviy?

2. C₁₀H₂₂ kreking qilinib, teng uglerodli bitta alkan va bitta alken hosil bo‘ldi. Mahsulotlarni yozing.

3. Qaysi biri detonatsiyaga chidamliroq: n-oktan yoki izooktan?

4. Sintez-gaz tarkibi qanday?

5. Geptanni riforming qilganda nima olinadi?

6. Kislotali yomg‘irlarga qaysi gazlar sabab bo‘ladi?

7. Tabiiy gazning asosiy komponenti qaysi modda?

8. 2 mol oktan to‘liq yonishi uchun necha mol O₂ kerak?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Neftni haydashni kimyoviy jarayon deb hisoblash.
• Kreking mahsulotida faqat alkanlar bor deb o‘ylash: alkenlar ham hosil bo‘ladi.
• Oktan sonini molekuladagi uglerod atomlari soni bilan adashtirish.
• Yo‘ldosh gaz va tabiiy gaz tarkibini bir xil deb bilish.
• Riforming va krekingni adashtirish: riforming arenlar beradi, kreking zanjirni qisqartiradi.