5. MATERII PRIME ORGANICE - ac£iunea unor bacterii anaerobe i apoi transformƒri chimice ... totalitatea compuilor cu azot variazƒ n func£ie de natura petrolului

  • View
    229

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of 5. MATERII PRIME ORGANICE - ac£iunea unor bacterii anaerobe i apoi transformƒri chimice...

  • Cap.5 Materii prime organice

    e-Chimie 135

    5. MATERII PRIME ORGANICE

    5.1. Materii prime fosile

    Compuii organici conin n molecul, n principal, carbon i hidrogen. Alturi de aceste elemente mai apar i alte elemente, din care mai importante sunt: oxigenul, halogenii, sulful, azotul, fosforul. Privind asigurarea acestor elemente, cele mai dificile probleme le prezint carbonul, dei unele puncte de vedere indic dificulti n asigurarea hidrogenului.

    In natur, n cea mai mare parte, carbonul se gsete n componena crbunilor, gazelor naturale, petrolului, a substanelor organice de natur vegetal sau animal, a carbonailor, sub form de CO2 etc.

    Prin transformri chimice, compuii organici, separai din diferite surse naturale, conduc la obinerea unor materii prime industriale sau a unor produi finii, utilizai n viaa de zi cu zi.

    Evoluia n timp a utilizrii principalelor materii prime pentru industria organica este redat n diagrama prezentat n figura 1.

    1850 1900 1980 2000 2050

    titei si gaze naturale

    carbune

    regenerabile

    Fig.1.Evoluia n timp a utilizrii principalelor materii prime pentru industria organic

    La nceput, industria chimic a utilizat ca materii prime produse

    regenerabile de natur vegetal i animal. Ulterior s-a trecut la folosirea pe scar larg a crbunelui. Utilizarea petrolului i gazelor naturale ca surse de materii prime pentru industria chimic organic a nceput s devin important dup 1900.

    Cuprins: 1. Materii prime fosile 1.1. Petrolul 1.2. Gazele naturale 1.3. Crbunele 1.4. isturile bituminoase 2. Materii prime regenerabile agrosurse

    Obiective: Prezentarea surselor de materii prime pentru chimia organic.

  • Chimie organic

    e-Chimie 136

    Situaia acestora, n prezent, este marcat de nlocuirea cvasitotal a tehnologiei crbunilor cu cea petrolier. Aceasta se datoreaz n principal costului sczut al extraciei petrolului, uurinei cu care - fiind lichid - poate fi transportat, i gamei importante de compui coninui. De remarcat ns faptul c petrolul este primul pe cale de epuizare.

    In ultima perioad se constat o revenire la utilizarea bioresurselor

    regenerabile ca materii prime pentru obinerea diferitelor substane organice.

    5.1.1 Petrolul (ieiul) Originea ieiului

    n prezent principala surs de hidrocarburi o reprezint petrolul brut

    (numit i iei). Acesta este un amestec complex de compui lichizi sau gazoi. n afara hidrocarburilor, n petrol, exist n cantitate mic (cteva %) i o serie de compui organici cu oxigen, azot i sulf precum i metale legate chimic de molecule organice.

    Zcmintele de petrol au o arie larg rspndire la nivel mondial, ele sunt nsoite de ap srat. Petrolul este reinut n roci poroase aflate ntre dou straturi de roci impermeabile.

    De-a lungul timpului au fost emise variate ipoteze privind originea ieiului; dintre acestea, dou prezint o probabilitate mai ridict, fiind susinute de o serie de argumente. Acestea sunt teoria anorganic i teoria organic. n prezent cea mai plauzibil este ipoteza originii organice a petrolului care presupune c acesta s-a format pornind de la planctonul marin ansamblu de organisme mono sau pluricelulare, vegetale sau animale, de dimensiuni foarte variate, care triesc n suspensie de ap. Dup moarte, planctonul s-a depus pe fundul mrilor unde apa era lipsit de oxigen i coninea probabil hidrogen sulfurat. Din acest motiv nu a mai fost posibil descompunerea oxigenat (aerob), care conduce la CO2, NH3 i H2O, materialul organic suferind nti transformri biologice sub aciunea unor bacterii anaerobe i apoi transformri chimice catalizate probabil de rocile din zon.

    Pe msur ce sedimentele au acoperit aceste depozite, ele au fost supuse unor temperaturi i presiuni din ce n ce mai mari. Creterea temperaturii a provocat ruperea legturilor heteroatomice carbon oxigen, carbon azot, carbon sulf cu eliberarea de molecule de tipul CO2, H2O, N2. Au aprut de asemenea fragmente uoare care nu conin heteroelemente hidrocarburile i construcii hidrocarbonate complexe cu un coninut sczut de azot, oxigen i sulf. Pe msur ce adncimea la care se afl materialul a crescut au aprut fenomene de cracare care au condus la molecule scurte pn la metan. Acest mecanism a fost acompaniat de apa srat. De obicei, petrolul nu a rmas n locul care s-a format ci s-a deplasat n profunzimea scoarei terestre pn a ntlnit o roc poroas (roca magazin) aflat ntre dou straturi impermeabile de marn.

    n favoarea originii organice a petrolului pledeaz urmtoarele

    aspecte:

    majoritatea ieiurilor se gsesc n roci sedimentare de natura organic i foarte rar n roci eruptive de natur anorganic;

    apele de zcmnt care nsoesc ieiul au o compoziie asemntoare cu cea a apelor marine actuale;

    ieiul conine compui cu azot din clasa porfirinelor, nrudii cu clorofila din plante sau hemina din snge. ieiul

  • Cap.5 Materii prime organice

    e-Chimie 137

    conine compui cu oxigen, derivai ai colesterinei i fitosterinei care se gsesc numai n corpul animalelor sau plantelor;

    ieiurile prezint activitate optic specific substanelor organice. Compoziia izotopic a carbonului din iei este identic cu a aceluia din organismele vii, fiind deosebit de cea a carbonului din carbonai, roci eruptive sau substane anorganice;

    n laborator s-au obinut produse similare ieiului pornind de la substane organice;

    zcmintele de iei de pe toate continentele au ca trstur comun faptul c se gsesc n formaiuni geologice tipice, subacvatice, caracterizate prin scufundari ale bazinelor marine.

    Extracia ieiului din zcmnt

    Un zcmnt de petrol prezint n partea superioar un strat de gaz,

    petrolul la mijloc i apa srat la baz. Din zcmnt petrolul este extras dup foraj, cu ajutorul sondelor.

    n prima etap sub presiunea stratului superior de gaz petrolul traverseaz roca de nmagazinare poroas prin sond i iese la suprafa. Aceasta reprezint producia prin erupie natural.

    Datorit faptului c volumul gazului din zcmnt se reduce i n consecin presiunea sa scade, este necesar s se recurg la alte procedee de exploatare: gaz lift i pomparea.

    Procedeul gaz lift const n introducerea de gaz de sond comprimat n zcmnt. Gazul sub form de bule emulsioneaz petrolul care se afl n zcmnt, densitatea acestuia scade i petrolul poate iei la suprafa sub presiunea remanent a zcmntului. La un moment dat nici aceast metod nu mai d rezultate. Pentru a extrage noi cantiti de petrol n interiorul zcmntului se instaleaz o pomp acionat de la suprafa de un balansier. Presiunea n zcmnt crete i se extrage din nou petrol. Zcmntul este considerat epuizat atunci cnd costul energiei necesar funcionrii pompei depete valoarea petrolului extras. Dar n acest moment o cantitate important de petrol rmne n zcmnt (circa 70 % din cantitatea iniial). Pentru a extrage o parte din el se recurge la injecia de ap. n scopul aplicrii acestei metode se efectueaz un nou foraj n zcmnt pn la nivelul stratului de ap srat. De la suprafa se injecteaz ap n care s-au dizolvat substane tensioactive. Nivelul apei crescnd n zcmnt presiunea stratului de gaz se mrete i noi cantiti de petrol sunt evacuate din alveolele rocii de nmagazinare. Rolul substanelor tensioactive este de a uura deplasarea petrolului de-a lungul rocii magazin, fapt care conduce la economisirea unei pri din energia necesar funcionrii pompei.

    n apropierea cmpurilor petrolifere sunt construite instalaii de tratare. Petrolul care iese din zcmnt conine importante cantiti de ap, fragmente de roc i gaze care la presiunea atmosferic prsesc soluia. Fraciunea lichid separat este trimis la rafinrie, iar gazele se utilizeaz fie sub form de combustibil fie n petrochimie.

    Compoziia ieiului

    Datorit originii sale, petrolul brut este un amestec complex n care

    predomin hidrocarburile, alturi de mici cantiti de compui cu sulf, oxigen i azot. Compoziia elementar a ieiurilor brute se situeaz ntre urmtoarele limite:

    84 87 % carbon 0 1 % azot 11 14 % hidrogen 0 1 % oxigen 0 5 % sulf

  • Chimie organic

    e-Chimie 138

    Petrolul brut, n stare natural nu conine hidrocarburi olefinice sau acetilenice, n rest n componena acestuia exist toate celelalte tipuri de hidrocarburi.

    n-Alcani. Au fost izolai i identificai n-alcani ncepnd de la metan i pn la izomeri cu 70 de atomi de carbon.

    izo-Alcanii sunt greu de izolat i identificat datorit numrului mare de izomeri care crete odat cu creterea masei moleculare. Au fost izolai toi izo-alcanii pn la C8. Dintre hidrocarburile ramificate cu peste 8 atomi de carbon s-au izolat o serie de izomeri cum sunt: 2-metil, 3-metil i 4-metiloctan, 2,3-dimetil i 3,6-dimetilheptan, 2,3,5-; 2,2,4- i 2,2,5-trimetilhexan, precum i 2,2,4,4-tetrametilpentan.

    Cicloalcani (naftene). n petrolul brut au fost identificate cicluri de 5, 6 i 7 atomi de carbon. Alturi de ciclurile simple s-au izolat i alchilciclopentani i alchiciclohexani.

    Hidrocarburile aromatice sunt constituite din benzen, naftalin, fenantren, bifenil i derivaii lor alchilici (cele mai numeroase sunt cele cu lan scurt).

    O serie de alte elemente (sulf, azot, oxigen, metale) se afl n diferite proporii sub forma unor molecule organice mai mult sau mai puin complexe.

    Compuii cu sulf. n fraciunile uoare sulful se afl sub form de hidrogen sulfurat, tioli sau mercaptani, sulfuri, disulfuri i chiar sub form de sulf elementar.

    n fraciunile grele sulful se regsete n structuri coninnd heterocicli i eventual nuclee aromatice. Un grup important l reprezint cel al tiofenului (tiofen, benzotiofen, dibenzotiofen, benzonaftotiofen, alchiltiofeni i sulfuri de tiofenil).

    S S

    R

    S S R S

    Tiofen Alchil-tiofen Sulfura de tiofenil Benzotiofen

    SS

    Dibenzotiofen Benzonaftotiofen Compuii c