Naturalne źródła
węglowodorów

Węgiel kamienny, gaz ziemny, ropa naftowa

Kamil Janik
2014

Naturalne źródła węglowodorów

Węgiel kamienny

1 .Węgiel w przyrodzie

Węgiel zajmuje szczególne miejsce
wśród pierwiastków. Częśd jego związków
tradycyjnie zaliczamy do związków
nieorganicznych. Ale większośd stanowią
różnorodne związki organiczne. Tak więc w
organizmie ludzkim węgiel zajmuje już drugie
miejsce, w atmosferze czwarte, we
wszechświecie szóste, a w skorupie ziemskiej
plasuje się na pozycji siedemnastej.

Do nieorganicznych związków węgla należą: tlenek węgla(II), tlenek węgla(IV), węgliki, kwas
cyjanowodorowy(kwas pruski), kwas cyjanowy i jego sole cyjaniany, dicyjan oraz minerały węglowe
takie jak kalcyt, dolomit, magnezyt, syderyt.

Do organicznych związków węgla należą: ropa naftowa, gaz ziemny, a także organizmy roślinne i
zwierzęce. Węgiel w stanie wolnym, czyli w postaci czystego pierwiastka występuje jako grafit i
diament. Odmianą pierwiastkową węgla są również fulereny.

2 .Węgiel jako pierwiastek chemiczny

Atom węgla (symbol C, wartościowośd II, IV, masa atomowa 12u) składa się z dodatniego
jądra, w którego skład wchodzi 6 protonów i 6 neutronów oraz z 6 elektronów tworzących chmurę
elektronową. Z zapisu konfiguracji elektronowej atomu węgla wynika, że węgiel znajduje się w 2
okresie i 14 grupie i ma 4 elektrony walencyjne zdolne do tworzenia wiązao.

Atomy węgla łączą się z łatwością z dużą ilością innych pierwiastków chemicznych na przykład z
tlenem, azotem i wodorem. W różnych kombinacjach tworzy on związki chemiczne takie jak cukier i
skrobię, które występują w żywych organizmach.

Atom węgla wyróżnia to, że potrafi się łączyd ze sobą w łaocuchy. Ropa jest złożoną mieszanką
setek substancji składających się z łaocuchów węgla. Do tych substancji składających się z łaocuchów
węgla. Do tych substancji należy metan, w którym pojedynczy atom węgla połączony jest z czterema
atomami wodoru, oraz oktan z ośmioma atomami wodoru w jednym rzędzie.

W przeciwieostwie do większości pierwiastków węgiel występuje w czystej postaci w wielu
formach. W momencie gdy węgiel łączy się w sześcioatomowe pierścienie, powstaje z niego
ciemnoszary grafit, który używamy w ołówkach. Atomy łącząc się w formy sześcianu tworzą
najtwardszy materiał na świecie. Jest nim diament.

Atomy węgla łączą się również w łaocuchy, które tworzą pierścienie. Taka pierścieniowa
struktura, składająca się z sześciu atomów węgla tworzy tzn. pierścieo benzenowy. W chwili gdy

Naturalne źródła węglowodorów

każdy atom tego pierścienia połączy się z jednym atomem wodoru powstaje benzen, który jest
substancją często używaną w przemyśle.

3 .Węgle kopalne

Węgiel, podobnie jak ropa i gaz należy do paliw kopalnych. Powstał z rozkładających się
szczątków roślinnych pochodzących z prehistorycznych lasów, poddanych ciśnieniu otaczających ja
skał. Około 300 mln. lat temu, w okresie zwanym karbonem, klimat był ciepły i wilgotny, idealny dla
rozwoju bagnistych lasów. Martwe rośliny butwiały i tworzyły torf, który – w miarę jak poziom morza
podnosił się i zalewał bagna – był pokrywany warstwami piasku i mułu. Warstwy te powoli zamieniały
się w skałę. Jej ciężar zgniatał torf, zamieniając go w węgiel.

Występują trzy odmiany węgla kopalnego różniące się zawartością węgla: torf, węgiel kamienny
i węgiel brunatny. Najbardziej wartościową odmianą jest antracyt, który zawiera około 95% czystego
węgla. Węgiel kamienny zawiera około 70%, a węgiel brunatny – poniżej 50% czystego węgla.
Większośd węgla znajduje się pod ziemią tworząc warstwy i pokłady.



Antracyt – najstarszy geologicznie węgiel, który ma największą zawartośd węgla.
Charakteryzuje się połyskiem i brakiem śladów pochodzenia roślinnego.



Torf – najmłodsza geologicznie skała osadowa powstała głównie w wyniku rozkładu roślin
bagiennych, w przyrodzie tworzy pokłady zwane torfowiskami, tworzenie się torfu to
pierwszy etap zwęglania szczątków roślinnych. Ma najmniejszą zawartośd węgla
pierwiastkowego co powoduje niewielką wartośd opałową.



Węgiel brunatny – młodsza odmiana węgla kopalnego, matowa lub błyszcząca, twarda lub
miękka, ma niską wartośd opałową.

4 .Węgiel kamienny jako główne źródło węglowodorów w przyrodzie

Węgiel kamienny jest trzecim najważniejszym źródłem węglowodorów w przyrodzie, jest
mieszaniną substancji stałych, składających się głównie z węgla, wodoru, tlenu, siarki i azotu, w której
przeważają związki aromatyczne. Służy jako surowiec energetyczny, ale ze względu na wielkie
bogactwo występujących w nim związków chemicznych stanowi cenny surowiec przemysłu
chemicznego. Podany przeróbce termicznej i chemicznej staje się surowcem

do otrzymywania wielu innych substancji.

Szczególnie ważny jest proces suchej destylacji węgla (inaczej zwany koksowaniem,
odgazowaniem lub też pirolizą czy pirogenizacją), polega on na ogrzewaniu węgla do około 100
stopni Celsjusza bez dostępu powietrza, w tym czasie węgiel kamienny ulega różnorodnym
przemianom chemicznym. Do najważniejszych produktów tego procesu należy gaz koksowniczy, olej i
smoła pogazowa oraz sucha pozostałośd – koks.

Podstawowym źródłem węglowodorów aromatycznych i pochodnych jest smoła pogazowa
wspomniana wyżej. Najwięcej występuje w niej naftalen, a także 150 innych związków
aromatycznych, które można wydzielid poprzez destylację frakcyjną i kolejne procesy chemiczne.

Naturalne źródła węglowodorów

Poszczególne frakcje odbiera się w poszczególnych przedziałach temperatury:



80-170 stopni Celsjusza – olej lekki,
zawierający benzen, toluen i
ksylen(dimetylobenzen)



170-230 stopni Celsjusza – olej średni,
mieszanina wielu związków organicznych



230-270 stopni Celsjusza – olej ciężki, zawiera
naftalen, fenolen i inne związki aromatyczne



270-360 stopni Celsjusza – olej antracenowy,
zawiera antracen i inne węglowodory
aromatyczne



Pozostałością po destylacji smoły pogazowej
jest pak – stała, bezpostaciowa masa, będąca
mieszaniną stałych związków organicznych.

Destylacja frakcyjna pozwala na wstępne rozdzielenie grup różnych związków o zbliżonych
temperaturach wrzenia. Dalszy rozdział olejów na poszczególne składniki odbywa się przez
zastosowanie procesów chemicznych albo fizycznych (jak destylacja, rektyfikacja, krystalizacja)

Światowe wydobycie węgla kamiennego na świecie wynosi ponad 4-5 mln. ton rocznie z
czego ponad połowa wydobywana jest w Chinach i Stanach Zjednoczonych. Znane zasoby węgla
pozostające jeszcze pod ziemią wynoszą około 1200 miliardów ton.

Węgiel był głównym paliwem podczas rewolucji przemysłowej w koocu XVIII w. Służył do
napędzania maszyn parowych, a także do produkcji żelaza i stali. Dziś węgiel wykorzystywany jest
przede wszystkim do produkcji energii elektrycznej i ciepła w elektrowniach. Kominy elektrowni
zaopatrzone są w filtry zatrzymujące sadzę i inne zanieczyszczenia powstające w czasie spalania
paliw.

Gaz ziemny

1. POCHODZENIE GAZU ZIEMNEGO :

Naturalny gaz ziemny, nagromadzony
głęboko pod powierzchnią ziemi, powstał w
odległych epokach geologicznych w wyniku
beztlenowego rozkładu substancji organicznej pochodzenia roślinnego. Wypełnia on drobne
szczeliny materiałów porowatych (piaski, wapienie) wywierając na skały bardzo duże ciśnienie.

Naturalne źródła węglowodorów

2. CHARAKTERYSTYKA GAZU ZIEMNEGO:

Gaz ziemny w postaci rozpuszczonej spotyka się w wodach podziemnych oraz ropie naftowej.

Skład gazu ziemnego i jego zawartośd zmieniają się w zależności od miejsca wydobywania, jednak
najważniejszym elementem stanowiącym ponad 90 proc. gazu ziemnego jest zawsze metan
zwany gazem błotnym. Obok metanu mogą także występowad niewielkie ilości etanu, propanu,
butanu i innych związków organicznych i mineralnych.

Gaz ziemny jest:



Lżejszy od powietrza



bezbarwny



bez zapachu

Ze względu na swoją bezwonnośd, gaz ziemny przed wysłaniem do odbiorców miesza się z
tetrahydrotiofenem nadającym mu charakterystyczną woo. Taki zabieg nazwany jest
nawadnianiem. Dzięki temu zabiegowi gaz ziemny może byd wyczuwany przez człowieka w
przypadku jego niekontrolowanego wypływu.

Gaz ziemny to ekologiczne i wysokokaloryczne źródło energii. Podczas całego procesu wydobycia
i transportu gazu przestrzega się surowych reguł dotyczących ochrony środowiska, a przy jego
spalaniu emitowane są minimalne ilości szkodliwych zanieczyszczeo.

3. WYDOBYCIE I UŻYCIE GAZU ZIEMNEGO :



Gaz ziemny jest uważany za najczystsze paliwo naturalne. Procesy związane z jego
wydobyciem, jak też transportem i magazynowaniem odbywają się w warunkach bardziej
przyjaznych dla środowiska niż w przypadku innych paliw. Jest on paliwem
charakteryzującym się nieporównywalnie mniejszą zawartością zanieczyszczeo niż
pozostałe paliwa, a zatem zagrożenia środowiska związanego z jego użytkowaniem są
stosunkowo niewielkie.



Metoda wydobycia gazu ziemnego uzależniona jest od rodzaju odkrytego złoża. Gaz
ziemny wydobywany jest ze złóż poprzez odwierty. Technologiczne wzbogacenie gazu
ziemnego polega na eliminowaniu z jego składu cząstek stałych, pary wodnej, związków
siarki i innych substancji niepożądanych.



Długi okres wydobycia gazu ziemnego prowadzi na niektórych złożach do spadku ciśnieo
ruchowych, dlatego też w celu podtrzymania wydobycia i zaczerpania zasobów w
punktach zdawczo odbiorczych zbudowane są sprężarki złożowe umożliwiające oddanie
gazu do systemu. Długi okres eksploatacji powoduje również wzrost dopływu wód
złożowych, które w znacznym stopniu ograniczają zdolności produkcyjne odwiertów,
dlatego też stosowane są technologie wspomagające wynoszenie wody, min. plunger
lifty oraz pompowanie wody z odwiertów gazowych.



Światowe wydobycie gazu ziemnego koncentruje się w dwóch rejonach - euroazjatyckim
obszarze Rosji i w Ameryce Północnej. Największym producentem gazu jest Rosja - 656

Naturalne źródła węglowodorów

mld m3/rok. Jednak drugim producentem są Stany Zjednoczone - 491 mld m3, a trzecim -
Kanada - 178 mld.



Złoża gazu ziemnego w Polsce występują głównie na Niżu Polskim (66 % zasobów
udokumentowanych), zwłaszcza w regionie wielkopolskim i na Pomorzu Zachodnim, a
także na przedgórzu Karpat (29,5%). Niewielkie zasoby gazu znajdują się również w
małych złożach w obszarze Karpat (0,9%) i w polskiej strefie ekonomicznej Bałtyku
(3,2%).



PGNiG SA jest największym polskim importerem gazu z Rosji, w ramach
długoterminowego kontraktu importowego, oraz z Niemiec, Czech i Ukrainy w ramach
kontraktów średnioterminowych.



Ceny gazu ziemnego są uzależnione od wielu czynników, również makroekonomicznych.
Z tego względu aby odpowiedzied na pytanie ile kosztuje gaz ziemny i mied chociażby
szacunkowe spojrzenie na cennik gazu ziemnego należy na bieżąco sprawdzad jego
zmiany cen. Średnia cena detaliczna gazu ziemnego w Polsce w dniu 01 sierpnia 2012:
3,22 zł / m3 gazu ziemnego.



Gaz ziemny to paliwo, które służy przede wszystkim ogrzewaniu domów
jednorodzinnych, podgrzewania wody użytkowej oraz gotowania posiłków.

Ropa naftowa

PODSTAWOWE INFORMACJE O ROPIE
NAFTOWEJ :



Ropa naftowa jest mieszanina
węglowodorów, wśród których alkany
stanowią do 80%. Oprócz alkanów w
ropie naftowej występują zmienne ilości
cykloalkanów i węglowodorów
aromatycznych oraz związki zawierające
siarkę, tlen i azot.



Pierwszą destylację ropy naftowej
przeprowadził Ingnacy Łukasiewicz. Uzyskaną w ten sposób naftę wykorzystał do celów
oświetleniowych w lampie własnej pordukcji.



Na owe czasy- XIX w.- było to ogromne osiągnięcie techniki oświetleniowej



Ropa naftowa jest obecnie najważniejszym paliwem kopalnym - płynnym złotem.



Istnieją dwie koncepcje powstania ropy naftowej: teoria organiczna i mineralna. Według
teorii organicznej ropa naftowa powstała miliony lat temu w wyniku rozkładu szczątków
organicznych. Według teorii mineralnej, ropa naftowa powstała w reakcjach cehmicznych
zachodzących pod skorupą ziemską- płaszczu ziemi.

WŁAŚCIWOŚCI ROPY NAFTOWEJ

Ropa naftowa jest palną, nierozpuszczalną w wodzie cieczą o charakterystycznym zapachu.

Naturalne źródła węglowodorów

PRZERÓBKA ROPY NAFTOWEJ :

Przeróbkę ropy naftowej rozpoczyna się od destylacji, w której wyniku otrzymuje się kilka frakcji o
różnych zakresach temperatur wrzenia. Proces destylacji frakcjonowanej jest to proces, w którym
rozdziela się ropę na frakcje, dzięki różnicy w wartościach temp. Wrzenia poszczególnych jej
składników. Proces przeprowadza się w wysokiej wieży tzn. kolumnie destylacyjnej do której wtłacza
się ropę ogrzaną wcześniej w piecach rurowych. W czasie destylacji najbardziej lotne węglowodory
unoszą się do góry, gdzie ochłodzone ulegają skropleniu. Niżej skraplają się się węglowodory mniej
lotne, czyli o wyższej temperaturze wrzenia. Frakcjami tymi są :



I -benzyna ( o temperaturze wrzenia 50-150 °C)



II- nafta ( o temperaturze wrzenia 150-280 °C )



III- oleje napędowe do silników wysokoprężnych ( o temperaturze wrzenia 280-350 °C )

Pozostałością po destylacji jest mazut, gęsta ciecz używana do celów opałowych lub do otrzymania
olejów smarowych ( po destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem). Pozostałością po destylacji mazutu
jest pak, z którego produkuje się asfalt.

OTRZYMANE FRAKCJE :



I. BENZYNA- mieszanina węglowodorów o 5-12 atomach węgla w cząsteczce, Jej lotnośd
palnośd wykorzystuje się w silnikach spalinowych. W użyciu znajduje się wiele gatunków
benzyn różniących się składem, lotnością i temperaturą zapłonu. Benzyna jest najcenniejszą
frakcja otrzymywaną z ropy, stanowi ona 25% surowej ropy. Światowe zapotrzebowanie na
benzynę jest tak ogromne, że opracowano metodę jej otrzymywania z innych frakcji ropy
naftowej. Metodę tę nazywamy krakingiem. Polega ona na katalitycznym rozerwaniu długich
łaocuchów węglowodorowych na łaocuchy zawierające 5-10 atomów węgla. Niektóre
węglowodory, zwłaszcza o łaocuchach rozgałęzionych m spalają się bezwybuchowo,
zapewniając dobra pracę silników spalinowych. Węglowodory o łaocuchach prostych spajają
się wybuchowo, co przejawie się jako „stukanie” silników. Aby scharakteryzowad właściwości
benzyny, wprowadzono odpowiednią skalę. Izooktan( 2,2,4-tri-metylopentan) ma w tej skali
100 punktów czyli tzw. Liczba oktanowa wynosi 100, zaś n-heptan 0 . Benzyna oznaczana
jako 98 ma takie właściwości jak mieszanina składająca sę w 98% z izooktanu i w 2% z n-
heptanu. Ważnym problemem stało się przekształcenie węglowodorów o łaocuchach
prostych w rozgałęzione. Katalityczny proces otrzymywania benzyn wysokooktanowych
nazywamy reformingiem.



II. NAFTA- jest mieszaniną węglowodorów zawierających 9-16 atomów węgla w cząsteczce.
Jest cieczą o charakterystycznym zapachu, znacznie mniej lotną od benzyny. W XIX i na
początku XX wieku była podstawową substancją spalaną w lampach naftowych
oświetlających pomieszczenia.



III. OLEJE- są mieszaniną ciekłych węglowodorów o dużej liczbie atomów węgla w
cząsteczce. Przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem produkuje się z nich oleje
napędowe do silników wysokoprężnych i oleje smarowe. Oleje otrzymywane z niektórych
gatunków ropy naftowej zawierając parafinę używaną do wyrobu świec, past o obuwia oraz
jako surowiec chemiczny.

Naturalne źródła węglowodorów

WYDOBYWANIE I PRZETWÓRSTWO ROPY NAFTOWEJ :

Przetwórstwo ropy naftowej – proces technologiczny, którego efektem jest otrzymanie z
przetworzonej ropy naftowej produktów ropopochodnych, różniących się składem chemicznym,
właściwościami fizycznymi i chemicznymi oraz strukturą.

Rodzaje przetwórstwa:



Pierwotne – w skład tego procesu zalicza się demineralizację ropy naftowej, destylację ropy
naftowej, próżniową destylację mazutu i szereg procesów rozdziału frakcyjnego. Przy tym
procesie skład chemiczny produktu nie zmienia się, dlatego nazywa się go pierwotnym,
niedestrukcyjnym, albo pierwszą destylacją.



Wtórne – w skład przetwórstwa wtórnego wchodzą procesy zajmujące się podziałem
łaocuchów węglowodorowych na mniejsze cząsteczki. Należą do nich kraking termiczny,
katalityczny i radiacyjny, reforming, hydrokraking,

Zasoby i zużycie ropy naftowej w Polsce:

Ropa naftowa występuje w Polsce na Podkarpaciu w okolicach Krosna i Jasła. Pewne zasoby zalegają
również w szelfie morza Bałtyckiego. Zasoby ropy naftowej w Polsce są niewielkie i dlatego krajowe
wydobycie ropy w ilości ok. 300 tys. ton zaspokaja zaledwie 2% potrzeb krajowych. Tak więc
przerabiana w Polsce ropa naftowa prawie w całości pochodzi z importu ( głównie z Rosji ). W Polsce
istnieją dwie duże i pięd małych rafinerii ropy naftowej przetwarzających ogółem ok. 15 mln. ton ropy
rocznie.

Ciekawostki:

- Ropa naftowa jest ciekłą, lżejszą od wody mieszaniną około 500 związków organicznych
węglowodorów.
- Ropa ma wartośd opałową większą niż węgiel: przeciętnie 0,7 tony ropy odpowiada 1 tonie

węgla

kamiennego.
- Ropa powstała prawdopodobnie za szczątków drobnych organizmów zwierzęcych (planktonu),
nagromadzonych na dnie mórz w odległej przeszłości geologicznej.

Naturalne źródła węglowodorów

- Złoża, czyli nagromadzenia ropy, często wraz z towarzyszącym jej gazem ziemnym, występują w
skałach osadowych, uwięzione między nieprzepuszczalnymi warstwami skalnymi; skupiska wielu złóż
tworzą pola naftowe.
- Jednostką objętości ropy naftowej jest baryłka (1 baryłka = 159 litrów, 1 tona ropy = około 7
baryłek).

Bibliografia:

 M. Litwin, Sz. Styka-Wlazło - "Chemia Ograniczna " wyd. Nowa Era 2006
 M. Poźniczek, Z. Kluz - "Chemia" wyd. WSiP 2009
 http://www.energia.ara-line.pl/pl/node/14
 M. Litwin, Sz. Styka-Wlazło - "Chemia Ograniczna " - wyd. Nowa Era 2003
 M. Poźniczek, Z. Kluz - "Chemia"- wyd. WSiP 2009
 J. Kulawik, T. Kulawik, M. Litwin - "Chemia Nowej Ery 2" - wyd. Nowa Era 2007
 S. Hejwowska, R. Marcinkowski, J. Staluszka - "Chemia 2 " - wyd. Operon 2004


http://www.pgnig.pl/

 M. Poźniczek, Z. Kluz - "Chemia"- wyd. WSiP 2002,
 M. Litwin, Sz. Styka-Wlazło - "Chemia Ograniczna " wyd. Nowa Era 2003,
 Podręczna Encyklopedia Nauki, Ilustrowana Biblioteka Wiedzy NAUKA


http://www.szybki912.republika.pl/zweglowodorow.htm



http://www.sciaga.pl/tekst/20728-21-naturalne_zrodla_weglowodorow



http://docs4.chomikuj.pl/569540888,0,1,%C5%B9R%C3%93D%C5%81A-
W%C4%98GLOWODOR%C3%93W-W-PRZYRODZIE.docx



http://www.docstoc.com/docs/123043900/NATURALNE-ZR%EF%BF%BDDLA-
WEGLOWODOR%EF%BF%BDW