Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir

Bir xil qora neftdan qanday qilib benzin, kerosin va mazut olinadi?

Vaziyat

Uyingizdagi gaz plitada yonayotgan gaz Muborak yoki Sho‘rtan konlaridan quvurlar orqali keladi — lekin avval u zavodda oltingugurt birikmalaridan tozalanadi. Farg‘ona neftni qayta ishlash zavodida esa bitta qora suyuqlik — neft — balandligi o‘nlab metr kolonnada benzin, kerosin, dizel yoqilg‘isi va mazutga ajratiladi. Angrenda ko‘mir yer ostidayoq gazga aylantirilgan. Bitta xomashyodan qanday qilib shuncha xil mahsulot olinadi va avtomobilga nega «AI-92» benzin kerak?

Mavzu

Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir. Farg‘ona neftni qayta ishlash zavodining rektifikatsiya kolonnasi, Sho‘rtan va Muborak gazi, Angren ko‘miri

Asosiy tushunchalar

Rektifikatsiya kolonnasi
Kreking, oktan soni
Kokslash

Formulalar

CH_{4} + 2 O_{2} \overset{}{\to} CO_{2} + 2 H_{2} O

Tabiiy gaz (asosan metan) yonishi: 1 mol $CH_{4}$ ≈ 890 kJ issiqlik beradi.

2 H_{2} S + O_{2} \overset{}{\to} 2 S + 2 H_{2} O

Klaus jarayoni: tabiiy gazdan ajratilgan $H_{2} S$ dan oltingugurt olinadi.

\begin{matrix} gaz & < 40^{\circ} C \\ benzin & 40 – 200^{\circ} C \\ kerosin & 200 – 270^{\circ} C \\ dizel (gazoyl) & 270 – 350^{\circ} C \\ mazut & > 350^{\circ} C \end{matrix}

Neft fraksiyalari qaynash haroratlari bo‘yicha (taxminiy, shartli chegaralar).

C_{16} H_{34} \overset{\overset{}{t}}{\to} C_{8} H_{18} + C_{8} H_{16}

Kreking: uzun molekulalar parchalanib, benzin (alkan) va alken hosil bo‘ladi.

oktan soni = φ (izooktan), %

Benzin xuddi shunday detonatsiyalanadigan izooktan + n-geptan aralashmasidagi izooktanning hajmiy ulushi.

Nazariya

Tabiiy gaz (2.18)

Tabiiy gaz asosan metandan iborat (konga qarab ≈ 85–98 %), unda etan, propan, butan, azot, karbonat angidrid va ba’zi konlarda vodorod sulfid bor. O‘zbekistonda Gazli, Sho‘rtan va boshqa konlardan gaz olinadi. Quvurga yuborishdan oldin gaz quritiladi va «nordon» qo‘shimchalardan tozalanadi: absorberda amin eritmasi $H_{2} S$ va $CO_{2}$ ni yutadi, regeneratorda qizdirilganda ularni qayta ajratadi; ajralgan $H_{2} S$ Klaus usulida oltingugurtga aylantiriladi: $2 H_{2} S + 3 O_{2} \overset{}{\to} 2 SO_{2} + 2 H_{2} O$ , $2 H_{2} S + SO_{2} \overset{}{\to} 3 S + 2 H_{2} O$ . Muborak gazni qayta ishlash zavodi shunday qilib har yili yuz minglab tonna texnik oltingugurt chiqaradi. Gaz — yoqilg‘i va kimyo xomashyosi: undan vodorod va ammiak (Navoiyazot), metanol, asetilen, qurum, Sho‘rtanda polietilen olinadi. GTL texnologiyasida gaz sintez-gazga ( $CO + H_{2}$ ), so‘ng Fisher–Tropsh usulida suyuq yoqilg‘iga aylantiriladi: Qashqadaryodagi «Oltin Yo‘l» GTL zavodi (2021) yiliga 3,6 mlrd m³ gazdan ≈ 1,5 mln t yoqilg‘i olishga mo‘ljallangan.

Neft va rektifikatsiya (2.19)

Neft — yuzlab uglevodorodlar (alkanlar, sikloalkanlar, arenlar) aralashmasi, unda ozroq oltingugurt, azot va kislorodli birikmalar ham bor. Neft quvurli pechda ≈ 350 °C gacha qizdirilib, rektifikatsiya kolonnasiga beriladi. Kolonna ichida o‘nlab tarelkalar: bug‘ yuqoriga ko‘tariladi, suyuqlik pastga oqadi, har tarelkada ular uchrashib, issiqlik va modda almashadi. Shuning uchun kolonna pastda issiq, yuqorida sovuq: yengil moddalar yuqorida, og‘irlari pastda yig‘iladi. Fraksiyalar (taxminan): gaz < 40 °C (C₁–C₄), benzin 40–200 °C (C₅–C₁₁), kerosin 200–270 °C, dizel yoqilg‘isi (gazoyl) 270–350 °C, mazut > 350 °C; darsliklarda ligroin (150–250 °C) va kengroq oraliqlar ham beriladi — chegaralar shartli. Fraksiyalar so‘ng tozalanadi: oltingugurtli birikmalar katalizatorda vodorod bilan $H_{2} S$ ga aylantirilib ajratiladi (gidrotozalash). Mazutni yuqori haroratda haydab bo‘lmaydi (parchalanadi), shuning uchun u vakuumda haydaladi: surkov moylari (vakuum gazoyl) va qoldiq — gudron (bitum). O‘zbekistonda Farg‘ona NQIZ (1959-yildan) va Buxoro NQIZ (1997-yildan, neft va gaz kondensati) ishlaydi.

Kreking, riforming va oktan soni

To‘g‘ri haydalgan benzin kam va sifati past. Kreking — uzun molekulalarni parchalash: termik (≈ 450–550 °C) va katalitik (alyumosilikat, seolit katalizatorlari, ≈ 450–500 °C). Masalan, $C_{16} H_{34} \overset{}{\to} C_{8} H_{18} + C_{8} H_{16}$ : bir bo‘lak alkan, ikkinchisi alken bo‘ladi. Katalitik krekingda tarmoqlangan va aromatik molekulalar ko‘p chiqadi. Detonatsiya — yonilg‘i aralashmasining uchqundan kelgan alanga yetib kelmasdan o‘z-o‘zidan portlashi: dvigatel «taqillaydi», qiziydi, buziladi. Benzinning detonatsiyaga chidamliligi oktan soni bilan baholanadi: izooktan (2,2,4-trimetilpentan) — 100, n-geptan — 0; benzin qaysi izooktan + n-geptan aralashmasidek detonatsiyalansa, undagi izooktan foizi — oktan soni. Tarmoqlangan alkanlar va arenlarning oktan soni yuqori: n-pentan 62, izopentan ≈ 92, toluol ≈ 120. Riforming (Pt katalizatori) n-alkanlarni arenlarga aylantiradi, izomerlash — tarmoqlangan alkanlarga. Siqish darajasi yuqori dvigatelga oktan soni yuqori benzin (AI-92, AI-95) kerak.

Toshko‘mir (2.20)

Ko‘mirlar: torf, qo‘ng‘ir ko‘mir (Angren), toshko‘mir, antratsit — uglerod ulushi shu tartibda ortadi. Kokslash — toshko‘mirni havosiz ≈ 1000 °C da qizdirish. Mahsulotlar: koks (domna pechida yoqilg‘i va qaytaruvchi), toshko‘mir smolasi (benzol, toluol, naftalin, fenol, piridin manbai), ammiakli suv (ammoniy tuzlari — o‘g‘it) va koks gazi (≈ 55–60 % $H_{2}$ , ≈ 25 % $CH_{4}$ , $CO$ ). 1 t ko‘mirdan taxminan 750 kg koks, 30–55 kg smola va ≈ 300 m³ gaz olinadi. 500–600 °C da yarimkokslash — smola ko‘proq, gaz kamroq. Laboratoriyada ko‘mirni probirkada qizdirsak: suv va smola U-nayda yig‘iladi, ho‘l qizil lakmus qog‘ozi ammiakdan ko‘karadi, gaz nay uchida yonadi, probirkada koks qoladi. Yer ostida gazlashtirish: qatlamga havo yuborilib, ko‘mir joyida yondiriladi: $C + O_{2} \overset{}{\to} CO_{2}$ , $CO_{2} + C \overset{}{\to} 2 CO$ , $C + H_{2} O \overset{}{\to} CO + H_{2}$ — yuzaga yonuvchi gaz chiqadi. Angrenda bu usul 1960-yillardan qo‘llanib, gaz elektr stansiyasida yoqilgan. Xavfsizlik: koks gazidagi $CO$ zaharli — tajriba tortish shkafida; probirka og‘zi biroz pastga qaratiladi.

Samarali foydalanish va ekologiya (2.22)

Neft va gaz qayta tiklanmaydigan boyliklar. Ularni chuqur qayta ishlash (kreking, riforming, vakuum haydash, kokslash) bir tonna neftdan ko‘proq yengil mahsulot beradi; yo‘ldosh neft gazini mash’alada yoqib yubormasdan yig‘ish, gazdan polimerlar va o‘g‘itlar olish — xomashyoni tejaydi. Yoqilg‘i yonganda $CO_{2}$ (issiqxona effekti), oltingugurtli yoqilg‘idan $SO_{2}$ (kislotali yomg‘ir), chala yonishdan $CO$ va qurum chiqadi. Shu sababli gaz va yoqilg‘i oltingugurtdan tozalanadi, benzinga qo‘rg‘oshinli antidetonatorlar qo‘shilmaydi, avtomobillarda katalitik neytralizator ishlatiladi. Uyda gaz plita va pechkani to‘g‘ri yoqish, xonani shamollatish — is gazidan zaharlanishning oldini oladi.

Univ.: zichlik va chaqnash harorati; model chegaralari

Zichlik areometr bilan o‘lchanadi: u suyuqlikda suzib, shkaladagi suyuqlik sathi zichlikni ko‘rsatadi (yengil suyuqlikda chuqurroq botadi). Namunaviy qiymatlar (15–20 °C): benzin ≈ 0,74, kerosin ≈ 0,80, dizel ≈ 0,84, mazut ≈ 0,96 g/ml. Chaqnash harorati — yopiq tigelda qizdirilgan mahsulot bug‘i havo bilan alangadan bir lahza chaqnaydigan eng past harorat (yonish davom etmaydi); alangalanish harorati — yonish davom etadigan harorat. Kerosin ≈ 40–45 °C, dizel ≈ 60–70 °C (me’yor ≥ 55 °C), benzin −40 °C dan past — u eng xavfli. Model: uch xil xomashyoning haydash egri chiziqlari namunaviy (aniq bir kon nefti emas); kolonnadagi harorat sxemasi soddalashtirilgan (haqiqiy kolonna tepasi ≈ 100–120 °C, suv bug‘i va qaytma oqim ishlatiladi); oktan soni bo‘yicha aralashtirish faqat etalon aralashma uchun ta’rifga ko‘ra chiziqli; dvigatelning kritik siqish darajasi va bosim egri chizig‘i — sxematik; gaz tarkibi va $H_{2} S$ ulushi — namunaviy, oltingugurt hisobida Klaus qurilmasining unumi 97 % deb olingan; vaqt sekinlashtirilgan.

Bilasizmi?

Farg‘ona neftni qayta ishlash zavodi 1959-yilda ishga tushgan va 60 dan ortiq turdagi neft mahsuloti chiqaradi; uning loyiha quvvati yiliga taxminan 5,5 mln tonna neft.
Qashqadaryodagi «Uzbekistan GTL» (Oltin Yo‘l) zavodi 2021-yil dekabrda ochilgan: u yiliga 3,6 mlrd m³ tabiiy gazdan taxminan 1,5 mln tonna sintetik yoqilg‘i — aviakerosin, dizel, nafta va suyultirilgan gaz olishga mo‘ljallangan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Izomerlar va nomenklatura — 10-sinf
Alkanlar va sikloalkanlar — 10-sinf
Alkenlar va alkadiyenlar — 10-sinf
Polimerlar, kauchuk, tolalar — 10-sinf
Alkinlar, benzol va stirol — 10-sinf
Spirtlar va oddiy efirlar — 10-sinf
Fenol, aldegid va ketonlar — 10-sinf
Kislotalar, efirlar va sovun — 10-sinf
Uglevodlar: glyukoza va kraxmal — 10-sinf
Organik moddalarni aniqlash — 10-sinf