Особенности альтернантных углеводородов — в помощь студенту

Когда запасы традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, неумолимо уменьшаются и их стоимость достаточно высока, а использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, все большее количество стран в своей энергетической политике, обращают свои взоры в сторону альтернативных источников энергии.

Что это такое

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд.

К таким источникам относятся энергия ветра и солнца, воды рек и морей, тепло поверхности земли, а также биотопливо, получаемое из биологической массы животного и растительного происхождения.

Виды альтернативной энергетики

В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.

Энергия солнца

  • Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.
  • Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту
  • Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.
  • Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.
  • Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.
  • Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Энергия ветра

Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту

Основой ветровых установок служит ветровой генератор.Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).

Сила воды

Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.

К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту

Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Тепло земли

  1. Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.
  2. Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту
  3. Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.

Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.

Тепловые насосы различаются по мощности и своей конструкции, зависящей от первичного источника энергии, определяющей их тип, это системы: «грунт-вода» и «вода-вода», «воздух-вода» и «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух», «фреон-вода» и «фреон-воздух».

Биотопливо

Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту

Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.

Плюсы и минусы использования

  • Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования.
  • Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту
  • Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плюсы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся:
  • Плюсами использования являются:
  • Возобновляемость альтернативных источников энергии;
  • Экологическая безопасность;
  • Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
  • Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
  • Минусы использования:
  • Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
  • Низкий КПД установок;
  • Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
  • Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.

Альтернативные источники энергии в России

В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту

В разных регионах страны получили развитие разные виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением и возможностью использования того или иного первичного источника получения энергии.

Солнечная энергетика

  1. Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.
  2. В промышленных масштабах, данный вид энергетики, также присутствует в нашей стране.

  3. Общая установленная мощность солнечных электростанций превышает 400,0 МВт, из них наиболее крупными являются:
  • Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
  • Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
  • На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

На стадии разработки проектной документации и различных этапах строительства, находятся более 50 объектов солнечной генерации, расположенных в различных регионах, от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветровые энергетические установки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, также существуют на территории нашей страны, хотя их доля, в общей мощности энергетической системы, значительно ниже, чем солнечных электростанций.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет немногим больше 100,0 МВт, из них наиболее мощные, это:

  • Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
  • Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

На стадии проектирования и строительства, находятся 22 ветровые энергетические установки, общей мощностью более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Этот вид альтернативной энергетики наиболее распространен на территории России. В настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС установленными на реках, в разных регионах страны, превышает 20,0 % от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту

Суммарная установленная мощность гидроэлектростанций, на начало 2017 года, составляет 48085,94 МВт, а их количество – 191объект генерации, различной мощности и конструкции.

Энергию приливов также используют в нашей стране, для производства электрической энергии. В Мурманской области со второй половины ХХ века работает Кислогубская приливная электростанция, которая в 2007 году была реконструирована и в настоящее время, ее установленная мощность составляет 1,7 МВт.

В настоящее время ведется разработка экономического обоснования и проектной документации по строительству подобных станций в Охотском (Пенжинская и Тугурская ПЭС) и Белом (Мезенская) морях.

Геотермальная энергетика

Энергия недр нашей планеты, ее тепло, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. В нашей стране, этот вид энергетики, в силу ее особенностей, распространен на Дальнем Востоке.

В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций установленной мощностью 80,1 МВт, три из которых расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская) и по одной на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Данный вид энергоресурсов не так широко распространен, как традиционные виды топлива или гидроэнергетика. Тем не менее, в связи с тем, что в нашей стране развита лесная и деревообрабатывающая промышленности и большие территории заняты выращиванием сельскохозяйственных культур, то и на этот вид энергетики обращается все большее внимание.

Последние годы построено большое количество заводов по переработке отходов древесины, из которых изготавливаются топливные брикеты и гранулы (пеллеты). Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

Из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий.

Данный вид топлива не получил широкого распространения в нашей стране, но тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Использование для частного дома

Использование альтернативных источников для отопления загородного дома или дачи, а также для его электроснабжения, может быть осуществлено достаточно успешно. В этом случае все зависит от региона проживания пользователя и места расположения объекта потребления энергии.

  • Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту
  • Способность вырабатывать электрический ток солнечными станциями и ветровыми установками зависит от активности солнца и скорости ветра в месте их размещения, а также прочих погодных явлений, характеризующих этот регион.
  • Устройство микро ГЭС возможно только при наличии вблизи объекта потребления реки или иного водоема, а геотермальной станции – при присутствии близко расположенных к поверхности земли геотермальных вод.
  • Биотопливо в виде дров и продуктов отходов деревопереработки, возможно в регионах страны богатых лесами, с развитой промышленностью данного направления.
  • Получение биогаза и жидкого топлива — доступно там, где большие территории отведены под выращивание сельскохозяйственных культур, что позволяет иметь большой запас биомассы, используемой для производства этих видов топлива.

Можно ли сделать своими руками в домашних условиях

  1. При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии.
  2. Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту
  3. Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для:
  • Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок.
  • Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов.
  • Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности.
  • Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.
Читайте также:  Движение и покой, пространство и время, генезис понятия свободы - в помощь студенту

Источник: https://alter220.ru/news/alternativnye-istochniki-energii.html

В лаборатории двфу получили газовый гидрат — альтернативный источник углеводородов

В лаборатории нефти и газа Инженерной школы Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) получен искусственный образец гидрата метана — льдоподобного вещества, состоящего из молекул воды и метана. Эксперимент проведен студентами ДВФУ для изучения свойств этого альтернативного источника углеводородов. В настоящее время подобные исследования ведутся только в нескольких университетах России.

Эксперты отмечают, что изучение свойств газогидратов очень перспективно.

Подсчитано, что количество газа в газогидратных залежах на шельфе и в зонах вечной мерзлоты примерно в 20 раз превышает объем традиционных углеводородов (нефти и природного газа) и потенциально может обеспечить потребности мировой промышленности более чем на 100 лет вперед. Но известные технологии разработки газогидратных залежей очень дороги, и для их коммерциализации нужны специальные исследования.

В 2017 году к практическому изучению газогидратов приступили молодые ученые ДВФУ. В лабораторных условиях методом конверсии мелкодисперсной ледяной пыли ими получен образец газогидрата.

Процесс конверсии происходит при давлении до 250 атмосфер, температурном диапазоне от -10°С до 10°С и занимает примерно 22 часа. В итоге был получен гидрат, идентичный своей природной форме — вещество, напоминающее сильно спрессованный снег.

Его можно держать в руке как кусочек льда, а происходящий при этом распад вещества сопровождается выделением метана, который горит как сухое топливо.

В проведении эксперимента участвовала группа студентов кафедры нефтегазового дела и нефтехимии: Андрей Журавлев, Павел Осмоловский и Антон Пичугов.

«Возможности применения гидратов очень разнообразны — например, в форме газового гидрата можно хранить и транспортировать газ.

Используемая нами методика позволяет получать гидрат метана, при этом уменьшая объем, занимаемый газом, в 160 раз.

Я думаю, это перспективный способ, поскольку известные технологии сжатия и сжижения природного газа гораздо сложнее и дороже», — сообщил Павел Осмоловский.

«Изучение газовых гидратов также весьма актуально в связи с изменением климата, — отметил Андрей Журавлев. — Если газовые гидраты, находящиеся в вечной мерзлоте, разрушатся, и весь объем метана попадет в атмосферу, на Земле произойдет экологическая катастрофа».

После получения первого образца газогидрата студенты приступили к аналитической части: измерению количества газа, выделяемого из образца, и изучению его прочностных характеристик.

Как сообщил заведующий лабораторией нефти и газа ДВФУ Юрий Ем, конечные цели этих исследований более масштабны и предполагают комплексное изучение альтернативного источника углеводородов: методов контроля (интенсификации или замедления) гидратообразования, поиск наиболее рентабельных методов разработки газогидратных залежей.

Добавим, что лаборатория кафедры нефтегазового дела и нефтехимии ДВФУ оснащена комплексом оборудования компании VINCI Technologies, которое позволяет проводить исследования нефтяных и газовых пластовых проб и анализы образцов. Научный руководитель лаборатории — заведующий кафедрой нефтегазового дела и нефтехимии, доктор технических наук, профессор Александр Гульков.

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студентуОсобенности альтернантных углеводородов - в помощь студентуОсобенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту

Источник: Официальный сайт ДВФУ

Источник: http://viu.tsu.ru/news/news-5-100/3593/

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Особенности альтернантных углеводородов - в помощь студенту Дипольные моменты азинов.  [1]

Альтернантные углеводороды РЅРµ имеют СЏ-дипольного момента, хотя Сѓ РЅРёС… может быть небольшой Р°-момент. Однако неаль-тернантные углеводороды Рё гетероциклы РјРѕРіСѓС‚ обладать РґРё-польным моментом.  [2]

Альтернантные углеводороды представляют особый интерес, поскольку РёС… РњРћ обнаруживают некоторые специфические свойства, так называемые свойства спаривания.  [3]

Альтернантные углеводороды можно найти сведения Рѕ теореме Коулсона — Рашбрука Рё плотности заряда; Рѕ СЃРїРѕСЃРѕР±Рµ применения данного понятия СЃРј. также РІ разд.

Порядок связи также обсуждаются понятия, связанные с анализом заселенностей. Коул-сон и Стрейтвизер [110] составили таблицы параметров молекулярных орбиталей.

 [4]

Альтернантные углеводороды, которые обладают нечетным числом атомов углерода, называются нечетными альтернантами.

Соотношение парности связывающей Рё разрыхляющей молекулярных орбиталей для РЅРёС… остается справедливым; РєСЂРѕРјРµ того, такие молекулы обладают несвязывающей орбиталью СЃ энергией Р• Р°, которую занимает неспаренный электрон. Эта орбиталь локализована РЅР° атомах, отмеченных звездочкой РЅР° приведенной выше схеме, Рё имеет узел РІ месте расположения атомов, РЅРµ отмеченных звездочкой. Самым лучшим РёР· известных примеров является радикал бензила, для которого распределение неспаренного электрона легко рассчитывается. Ниже приведено распределение СЃРїРёРЅРѕРІРѕР№ плотности Рё константы РЎРўРЎ протонов.  [5]

Поэтому альтернантные углеводороды неполярны РІ согласии СЃ тем экспериментальным фактом, что для молекул, подобных фенантрену, РЅРµ обнаружен дштольный момент; РІ противоположность этому неальтернантные углеводороды, как, например, азулен или фульвен, обладают заметными дипольными моментами.  [6]

Нечетно альтернантные углеводороды, как Рё аллильные системы, РїРѕРјРёРјРѕ равного количества противоположных РїРѕ энергии связывающих Рё разрыхляющих орбиталей имеют еще несвязывающую орбиталь СЃ нулевой энергией; Рє подобным системам относятся карбокатионы, карбанионы, свободные радикалы. РџСЂРё перекрывании нечетного числа орбиталей образуется нечетное число новых орбиталей.  [7]

  • Такие сопряженные альтернантные углеводороды СЃ нечетным числом членов имеют РѕРґРЅСѓ несвязывающую молекулярную орбиту.  [8]
  • Для альтернантных углеводородов, если С† — номер атома РёР· помеченного набора, v обязательно нумерует атом РёР· непомеченного набора.  [9]
  • РЈ альтернантных углеводородов РІСЃРµ атомы углерода, принимающие участие РІ сопряжении, можно разделить РЅР° РґРІРµ совокупности, пометив условно атомы РѕРґРЅРѕР№ совокупности звездочками таким образом, чтобы никакие РґРІР° атома РѕРґРЅРѕР№ совокупности РЅРµ были непосредственно связаны РґСЂСѓРі СЃ РґСЂСѓРіРѕРј.  [10]

Для незамещенных альтернантных углеводородов удовлетворительные результаты получены в тех случаях, когда выполняется одно из предположений метода Хюккеля, состоящее в равенстве длин связей.

Что касается неальтернантных углеводородов, то для некоторых было получено хорошее соответствие, Р° для РґСЂСѓРіРёС… корреляция отсутствовала; РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, РІ последнем случае предположения простого варианта метода РњРћ РЅРµ выполняются.  [12]

Так как альтернантные углеводороды являются особенно легко поддающимися расчету системами Рё для РЅРёС… даны подробные СЃРІРѕРґРєРё величин РїС† [91], Р° для Да / — также табличные величины [84], значения qj РјРѕРіСѓС‚ быть очень легко рассчитаны.  [13]

Чем отличаются альтернантные углеводороды от неальтернантных.

Какие РёР· следующих углеводородов являются альтернантными: этилен ( этен), бутадиен ( бутадиен-1 3), циклобутадиен, бензол, нафталин, антрацен, азулен, циклооктатетраен, бензил ( радикал), циклопентадиенил.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id532842p1.html

ПОИСК

    Для нейтральных альтернантных углеводородов можно показать, что свойство парности МО, которое является суш,ественной особенностью метода Хюккеля, сохраняется, если самосогласованные орбитали определяются на основе приведенных выше выражений для интегралов Аналогично сохраняется также равномерное распределение электронного заряда мен[c.389]     Одна из характерных особенностей альтернантных ароматических углеводородов, являющаяся в методе ЛКАО МО следствием особого типа внутренней комбинаторной симметрии их волновых функций, состоит в том, что плотности и-электронных зарядов дг [см. раздел П-2-Б(2)] на всех АО, входящих в тг-элек-тронную систему, равны единице и, как результат этого, дипольный момент равен нулю. И действительно, у таких молекул обнаруживались только исчезающе малые дипольные моменты. [c.211]

    Особенности альтернантных углеводородов [c.2316]

    Отмеченные выше особенности спектров альтернантных углеводородов характерны и для некоторых взвешенных двудольных графов.

Спектр взвешенного графа определяется как спектр топологической матрицы, которая получается из соответствующей матрицы смежности в результате замены элементов Aij [ьФ]) или А на веса, приписываемые ребрам (у.-, Vj) и вершинам у.-.

Вершинам множества сопоставим число а1, а вершинам множества Уг — число 2. Спектр такого взвешенного графа оказывается симметричен относительно точки 0,5 ( 1 + 012). Если 1 > Па, то всегда имеется собственное число, равное 1, кратность которого не меньше, чем разность П1 — 2.

Примерами молекул, которые описываются графами такого типа, являются молекулы боразола или 5-триазина (рис. 11.2). Спектр взвешенного графа может быть легко найден по спектру ХД соответствующей ему матрицы смежности  [c.50]

    Последний важный пример, который мы хотели бы проиллюстрировать в этом разделе, касается электрофильного замещения в ароматических производных.

В течение многих лет это был единственный тип реакции, который мог быть рассчитан полуэмпирическими квантовомеханическими методами, вследствие чего эта область является одной из наиболее изученных в теории реакционной способности органических соединений.

Для корреляции реакционной способности различных ароматических соединений было предложено несколько индексов реакционной способности. Большинство из них коррелируются между собой и, таким образом, дают похожие результаты.

Большинство из корреляций вполне удовлетворительны для регулярных альтернантных углеводородов, а наибольшие ошибки возникают при использовании их для неальтер-нантных или гетероциклических соединений.

Один из часто используемых индексов, введенный Фукуи, а именно плотность на граничной орбитали, представляет собой квадрат коэффициента атомной орбитали в наивысшей занятой молекулярной орбитали ароматического соединения. Использование этого индекса реакционной способности подвергалось критике [32 ] на том основании, что он не имеет смысла и дает особенно неверные результаты для не- [c.89]

    Способ расчета, предложенный Дьюаром и примененный к некоторым азапроизводным альтернантных углеводородов [44], по-видимому, представляет собой приближенный способ расчета энергий локализации. Его особенностью является значительно лучшее соответствие экспериментальным данным по сравнению с более точными способами, в частности при расчете относительной реакционной способности. Причины этого и подробности расчетов по способу Дьюара рассматриваются в Приложении (стр. 170). [c.168]

    Понадобилось бы слишком много времени, чтобы детально описать достижения, имевшие место в теории молекулярных орбит для ароматических систем за последние десять или двадцать лет. Мне хотелось бы все же упомянуть об одной концепции, которая оказалась особенно полезной.

Если циклы в молекуле или радикале углеводорода содержат только четное число ненасыщенных углеродных атомов, то их называют альтер-нантными альтернантные углеводороды обладают некоторыми особыми свойствами. Наиболее важными из них являются следующие  [c.

23]

    Хотя уравнение (6-1) сравнительно хорошо выполняется, наблюдались и некоторые систематические отклонения. В качестве примера рассмотрим константы сверхтонкого расщепления на протонах, приведенные в табл. 5-5.

Спиновые плотности я-электронов для соответствующих положений в катион- и анион-радикалах данного альтернантного углеводорода должны быть одинаковы (разд. 5-5).

Тот факт, что расщепление для катион-радикала обычно бывает больше, чем для анион-радикала (особенно при больших константах свер.

хтонкого расщепления), свидетельствует о зависимости величины Q в уравнении (6-1) от избыточного заряда на атоме углерода (избыточный заряд е определяется как вг = 1 — где qi — полная плотность л-элект-ронов на атоме г). Чтобы учесть влияние заряда, было предложено следующее видоизменение уравнения (6-1) [98, 99]  [c.134]

    В конце своей книги М. Дьюар заметил, что те дни, когда химик-органик при теоретическом обсуждении интересующих его вопросов мог ограничиваться примитивной теорией резонанса или даже результатами расчетов по простому мётоду Хюккеля (МОХ), сочтены.

Именно справедливость этого утверждения и является причиной, по которой мы рекомендуем самому широкому кругу химиков эту не очень легкую для них книгу. Правда, применение метода МОХ дало органической химии много интересных и важных выводов, а полная доступность такого подхода сделала его исключительно привлекательным.

Не случайно книга Стрейтвизера Теория молекулярных орбит для химиков-органиков ), в которой изложен этот метод и его приложения, — одна из наиболее часто цитируемых книг в мировой химической литературе.

Однако со времени выхода этой монографии прошло более 10 лет, причем это были годы чрезвычайно интенсивной работы химиков-теоретиков, в результате которой в круг их рассмотрения включались не только новые объекты, но и развивался йовый подход, основанный на более глубоком анализе самого метода молекулярных орбита-лей.

Выводы, к которым привело это направление, оказались не особенно утешительными для сторонников примитивной теории.

На основании детального анализа было продемонстрировано, что применение метода Хюккеля надежно обосновано только для ограниченного круга систем (альтернантных углеводородов), распространение же его на другие молекулы (не-альтернантные углеводороды, системы с гетероатомами и т. п.

) является недопустимым произволом и может приводить (и уже приводило) к ошибочным заключениям. Поэтому оставаться на старых позициях оказалось невозможным. Настоящая книга и предназначена для того, чтобы служить трамплином для овладения более современным подходом, его идеями, методами и результатами. Правда, для этого необходимо преодоление некоторых трудностей. Химика могут насторожить первые главы книги, в которых нет ни одной химической формулы и на первый взгляд слишком много математических формул. Но это не должно служить препятствием для чтения этих глав. Дело [c.5]

    На примере полиенов укажем также характерную особенность электронного строения двух важных классов соединений с сопряженными связями — четных и нечетных альтернантных углеводородов. Для различения аль-тернантных углеводородов пользуются обычно следующим приемом. Углеродные атомы молекулы размечают через один звездочкой.

Углеводород, в котором все помеченные атомы химически связаны только с непомеченными, а все непомеченные только с помеченными, считается альтернантным Альтернантный углеводород с одинаковым числом помеченных и непомеченных атомов называется четным, а с неодинаковым — нечетным аль-тернантным углеводородом. [c.

15]

    Этилен, бутадиен и бензол являются представителями четных альтернантных углеводородов, у которых число помеченных и непомеченных атомов одинаково. Как видно из приведенных расчетов по методу МОХ (см. разд. 1.

6), характерной особенностью четных альтернантных углеводородов является то, что у них число связывающих МО (с энергией Е = а- -у ), на которых находятся электроны в основном состоянии, равно числу разрыхляющих МО ( = а—г/р) уровни энергии каждой пары МО (связывающая — разрыхляющая, Е=а у ) расположены симметрично относительно уровня Е=а, который у четных аль-тернантных углеводородов отсутствует. [c.50]

    Характерная особенность нечетных альтернантных углеводородов состоит в том, что у несвязывающих МО коэффициенты Сц1 (см. уравнение 14), с которыми соответствующие АО входят в данную МО, для всех непомеченных атомов равны нулю и велики для помеченных атомов.

Это означает, что вероятность пребывания электронов, находящихся на несвязывающей МО, в поле непомеченных атомов равна нулю и электронная плотность этих электронов сосредоточена только в окрестностях помеченных атомов. На низшей разрыхляющей МО электронная плотность распределена более равномерно по всем помеченным и непомеченным атомам.

Это различие в распределении электронной плотности электронов, находящихся на несвязывающей [c.51]

    На рис. 26 приведены заряды и порядки связей. Следует отметить, что возникают некоторые интересные особенности. Так же как и в теории Хюккеля, все порядки связей между атомами одного и того же набора в альтернантном углеводороде равны нулю. Данные взяты из работы Пикока и Уилкинсона [1964 (б)].

Орбитали расположены в порядке увеличения энергии, причем связывающие орбитали обозначены АВС… (в порядке уменьшения энергии от нуля), а разрыхляющие орбитали — Л В С (в порядке возрастания энергии от нуля). Начиная с антрацена, энергии разрыхляющих орбиталей не приведены. [c.

125]

    Этилен, бутадиен и бензол являются представителями четных альтернантных углеводородов, у которых число помеченных и непомеченных атомов одинаково. Как видно из приведенных расчетов по методу МОХ (см. с. 35, 36, 38) и рис.

10 и Па, характерной особенностью четных альтернантных углеводородов является то, что их МО образуют пары с энергиями Е = а у и число связывающих МО, на которых располагаются электроны в основном состоянии, равно числу разрыхляющих МО.

Уровни энергии каждой пары МО расположены симметрично относительно уровня Е = а (а — кулоновский интеграл, соответствующий энергии р-электрона на АО атома углерода и я-электрона на несвязывающей МО молекулы), который у четных альтернантных углеводородов отсутствует, поскольку у них нет несвязывающих электронов. [c.47]

    Характерная особенность нечетных альтернантных углеводородов состоит в том, что у несвязывающих молекулярных я-орбиталей коэффициенты [уравнение (8)], с которыми соответствующие АО входят в данную МО, для всех непомеченных атомов равны нулю и велики для помеченных атомов.

Это означает, что вероятность пребывания электронов, находящихся на несвязывающей МО, в поле непомеченных атомов равна нулю и электронная плотность этих электронов сосредоточена только в окрестностях помеченных атомов. На низшей же разрыхляющей МО электронная плотность распределена более равномерно по всем помеченным и непомеченным атомам.

Это различие в распределении электронной плотности электронов, находящихся на несвязывающей МО нечетных альтернантных углеводородов, оказывает очень большое влияние на величину энергии возбуждения молекул таких соединений, так как эта МО является высшей занятой орбиталью и именно с нее при воз- буждении в первую очередь происходит переход электронов на низшую разрыхляющую МО. [c.48]

Источник: https://www.chem21.info/info/1520362/

Альтернативные источники добычи углеводородов

Чтобы удовлетворить непрерывно растущие потребности общества в энергии, нефтедобывающая отрасль все больше переключает свое внимание на дорогостоящие нетрадиционные и труднодоступные источники углеводородов.

К таким источникам относятся:

  • · Нефтяные пески Канады;
  • · Тяжелая/высоковязкая/битумная нефть других регионов мира;
  • · Сланцевая нефть;
  • · Технологии, основанные на процессе Фишера-Тропша:
  • · газ-в-жидкость / gas-to-liquids (GTL);
  • · уголь-в-жидкость / coal-to-liquids (CTL);
  • · биомасса-в-жидкость / biomass to liquids (BTL);
  • · Добыча нефти на глубоководном шельфе и шельфе арктических морей

Общая характерная черта всех этих источников углеводородов — высокая себестоимость конечной продукции. Но это относительно небольшая плата за то, чтобы получить привычную и подходящую для современной инфраструктуры форму энергии (жидкие углеводороды).

Нефтяные пески успешно разрабатывают в Канаде c 60-х годов прошлого века. Сегодня примерно половина нефти добываемой в этой стране приходиться на нефтяные пески.

Под нефтяным песком, на самом деле, подразумевается смесь песка, воды, глины, тяжелой нефти и природного битума. Выделяют три нефтяных региона в Канаде со значительными запасами тяжелой нефти и природного битума.

Это Athabasca, о котором многие наверняка слышали, Peace River и Cold Lake. Все они находятся в провинции Альберта.

Для добычи нефти из нефтяных песков применяют два принципиально различных метода: открытым карьерным способом и непосредственно из пласта.

Карьерный способ добычи подходит для неглубоких залежей (глубиной до 75 м) и залежей, выходящих на поверхность. Примечательно, что в Канаде все залежи подходящие для карьерного способа добычи, расположены в районе Athabasca.

Карьерный способ добычи подразумевает, что нефтяной песок, попросту говоря, грузиться на самосвалы и перевозится на установку переработки, где его промывают горячей водой и таким образом отделяют нефть от всего прочего материала. Требуется добыть примерно 2 тонны нефтяного песка, чтобы получить 1 баррель нефти. Зато коэффициент нефтеотдачи при этом способе добычи очень высок и составляет 75% -95%.

Для извлечения тяжелой нефти непосредственно из пласта используют, как правило, тепловые способы добычи, такие как парогравитационное воздействие.

В классическом описании эта технология требует бурения двух горизонтальных скважин, расположенных параллельно одна над другой. Скважины бурятся через нефтенасыщенные толщины вблизи подошвы пласта.

Расстояние между двумя скважинами, как правило, составляет 5 метров. Длина горизонтальных стволов достигает 1000 м.

Верхняя горизонтальная скважина используется для нагнетания пара в пласт и создания высокотемпературной паровой камеры.

Процесс парогравитационного воздействия начинается со стадии предпрогрева, в течение которой (несколько месяцев) производится циркуляция пара в обеих скважинах.

При этом за счет кондуктивного переноса тепла осуществляется разогрев зоны пласта между добывающей и нагнетательной скважинами, снижается вязкость нефти в этой зоне и, тем самым, обеспечивается гидродинамическая связь между скважинами.

На основной стадии добычи производится уже нагнетание пара в нагнетательную скважину. Закачиваемый пар, из-за разницы плотностей, пробивается к верхней части продуктивного пласта, создавая увеличивающуюся в размерах паровую камеру.

На поверхности раздела паровой камеры и холодных нефтенасыщенных толщин постоянно происходит процесс теплообмена, в результате которого пар конденсируется в воду и вместе с разогретой нефтью стекают вниз к добывающей скважине под действием силы тяжести.

Рост паровой камеры вверх продолжается до тех пор, пока она не достигнет кровли пласта, после чего она начинает расширяться в стороны. При этом нефть всегда находится в контакте с высокотемпературной паровой камерой. Таким образом, потери тепла минимальны, что делает этот способ разработки выгодным с экономической точки зрения.

Существуют также и «холодные» методы добычи, предполагающие закачку в пласт растворителей, например, метод VAPEX или технология N-Solv, это технология представляющая собой модифицированный метод закачки растворителя в пласт, позволяет увеличить добычу нефти из нефтеносных песков, снизить себестоимость нефти и свести воздействие на окружающую среду к минимуму.

В технологии N-Solv в качестве растворителя используется природный газ (пропан), что требует значительно меньше энергии по сравнению с использованием пара. Растворитель нагревают до невысокой температуры (~ 50°C) и закачивают в нефтеносный песок.

Растворитель разлагает битум, самые тяжелые компоненты битума остаются под землей, а более легкая нефть и растворитель, пригодный для повторного использования, поднимаются наверх.

Кроме того, масса получается менее вязкой, чем при традиционном подземном способе, и ее можно сразу транспортировать по нефтепроводу.

углеводород легкая нефть альтернативный

Способы добычи тяжелой нефти непосредственно из пласта менее эффективны в плане нефтеотдачи по сравнению с карьерным способом. В то же время эти способы имеют некоторый потенциал к снижению себестоимости получаемой нефти за счет совершенствования технологий ее добычи.

Тяжелая/высоковязкая/битумная нефть привлекает все большее внимание нефтяной промышленности. Поскольку основные «сливки» в мировой нефтедобыче уже сняты, нефтяные компании просто вынуждены переключаться на менее привлекательные месторождения тяжелой нефти.

Именно в тяжелой нефти сосредоточены основные мировые запасы углеводородов. Вслед за Канадой, поставившей на свой баланс запасы тяжелой/битумной нефти, то же самое сделала и Венесуэла, имеющая огромные запасы этой нефти в поясе реки Ориноко.

Этот «маневр» вывел Венесуэлу на первое место в мире по запасам нефти. Значительные запасы тяжелой нефти есть и в России, а также во многих других нефтедобывающих странах (по данным экспертов, мировые запасы тяжелой нефти составляют более 810 млрд тонн.

Геологические запасы высоковязкой и тяжелой нефти в России достигают 6-7 млрд т (40-50 млрд баррелей).

Огромные запасы тяжелой нефти и природных битумов требуют разработки инновационных технологий добычи, транспорта и переработки сырья.

В настоящее время операционные затраты по добыче тяжелой нефти и природных битумов могут в 3-4 раза превосходить затраты на добычу легкой нефти.

Переработка тяжелой высоковязкой нефти также более энергоемка и, как следствие, во многих случаях низкорентабельна и даже убыточна.

В России различные способы добычи тяжелой нефти испытывались на хорошо известном Ярегском месторождении высоковязкой нефти расположенном в Республике Коми.

Продуктивный пласт этого месторождения, залегающий на глубине ~200 м, содержит нефть плотностью 933 кг/м3 и вязкостью 12000-16000 мПа·с.

В настоящее время на месторождении осуществляется термошахтный способ добычи, зарекомендовавший себя как достаточно эффективный и экономически оправданный.

Результаты разработки месторождений тяжелой высоковязкой нефти в России пока не внушают особого оптимизма. Требуется дальнейшее совершенствование технологий и оборудования для повышения эффективности добычи. В то же время потенциал к снижению себестоимости добычи тяжелой нефти есть, и многие компании готовы принимать в ее добыче активное участие.

  • В результате переработки тяжелой (высоковязкой) нефти и природных битумов получают следующие продукты (в порядке уменьшения объемов):
  • Битум дорожный — используется для покрытия дорог
  • Лак — антикоррозионные защитные покрытия, изготовление красок
  • Смазочные масла арктические — используются в транспорте, станкостроении
  • Мастика — изготовление вибропоглощающих и антикоррозионных покрытий
  • Дизельное топливо арктическое — используется в двигателях внутреннего сгорания
  • Битум строительный — покрытие сооружений, гидроизоляция кровли
  • Мягчитель — компонент резиновых смесей
  • Сульфоны — лекарственные средства, антиоксиданты, ингибиторы коррозии
  • Сульфоксиды — селективные растворители редких цветных и других металлов, пластификаторы, адсорбенты
  • Полярные компоненты — противоизносная добавка к резино-техническим изделиям (автошины)
  • Сера — используется в химической, медицинской промышленности
  • Металлы (ванадий, никель, рений и др.) — используются в металлургии, атомной энергетике, топливной промышленности

Сланцевая нефть — «модная» тема в последнее время. Сегодня целый ряд стран проявляют повышенный интерес к добыче сланцевой нефти.

В США, где добыча сланцевой нефти уже идет, с ней связывают значительные надежды по снижению зависимости от импорта этого вида энергоресурса.

В последние годы основной прирост добычи американской сырой нефти происходит преимущественно за счет сланцевых месторождений Bakken в Северной Дакоте и Eagle Ford в Техасе.

Развитие добычи сланцевой нефти — прямое следствие той «революции», которая случилась в США в добыче сланцевого газа. Поскольку цены на газ обвалились в результате резкого роста объемов его добычи, компании стали переключаться с добычи газа на добычу сланцевой нефти. Тем более что технологии их добычи ничем особенным не отличаются.

Для этого, как известно, бурят горизонтальные скважины с последующими множественными гидроразрывами нефтесодержащих пород. Постольку поскольку дебит таких скважин очень быстро падает, для поддержания объемов добычи требуется бурить значительное количество скважин по очень плотной сетке.

Поэтому затраты на добычу сланцевой нефти неизбежно оказываются выше, чем затраты на добычу нефти традиционных месторождений.

Пока цены на нефть высоки проекты по добыче сланцевой нефти, несмотря на высокие издержки, остаются привлекательными. За пределами США наиболее перспективными считаются залежи сланцевой нефти Vaca Muerta в Аргентине и Баженовская свита в России.

Процесс Фишера-Тропша был разработан в 20-х годах прошлого века немецкими учеными Францем Фишером и Гансом Тропшем.

Заключается он в искусственном соединении водорода с углеродом при определенной температуре и давлении в присутствии катализаторов.

Получаемая таким образом смесь углеводородов сильно напоминает нефть и обычно называется синтез-нефть.

Рис. Производство синтетического топлива на основе процесса Фишера-Тропша

CTL (Coal-to-liquids) — суть технологии состоит в том, что уголь без доступа воздуха и при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород.

Далее в присутствии катализатора из этих двух газов синтезируется смесь различных углеводородов. Затем эта синтезированная нефть также как и обычная проходит разделение на фракции и дальнейшую переработку.

В качестве катализаторов используется железо или кобальт.

Во время Второй Мировой войны немецкая промышленность активно использовала технологию Coal-to-liquids для получения синтетического топлива.

Но поскольку процесс этот экономически нерентабелен и к тому же экологически вреден, то после окончания войны выработка синтетического топлива сошла на нет.

Немецкий опыт впоследствии был использован всего дважды — один завод был построен в ЮАР и еще один в Тринидаде.

GTL (Gas-to-liquids) — процесс производства жидких синтетических углеводородов из газа (природного газа, попутного нефтяного газа).

Cинтез-нефть, получаемая в результате GTL процесса, не уступает, а по отдельным характеристикам превосходит высококачественную легкую нефть.

Многие мировые производители используют синтез-нефть для улучшения характеристик тяжелой нефти, путем их смешивания.

Несмотря на то, что интерес к технологиям преобразования сначала угля, потом газа в синтетические нефтепродукты не угасает с начала 20 века, в настоящее время в мире функционирует всего четыре крупнотоннажных GTL завода — Mossel Bay (ЮАР), Bintulu (Малайзия), Oryx (Катар) и Pearl (Катар).

BTL (Biomass-to-liquids) — суть технологии та же что и уголь-в-жидкость. Единственное существенное отличие в том, что исходным материалом является не уголь, а растительный материал. Масштабное использование этой технологии затруднено в связи с отсутствием значительного количества исходного материала.

Недостатками проектов по производству синтетических углеводородов на основе процесса Фишера-Тропша являются: высокая капиталоемкость проектов, значительные выбросы углекислого газа, высокое потребление воды. В результате проекты либо совсем не окупаются, либо находятся на грани рентабельности. Интерес к таким проектам повышается в периоды высоких цен на нефть и быстро угасает при снижении цен.

Добыча нефти на глубоководном шельфе требует от компаний высоких капитальных затрат, владения соответствующими технологиями и несет с собой повышенные риски для компании-оператора.

Вспомнить хотя бы аварию на Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Компании BP только чудом удалось избежать банкротства. Чтобы покрыть все затраты и сопутствующие выплаты, компании пришлось продать чуть ли не половину своих активов.

Ликвидация аварии и ее последствий, а также компенсационные выплаты обошлись BP в кругленькую сумму порядка 30 млрд. долларов.

Не каждая компания готова брать на себя такие риски. Поэтому проекты добычи нефти на глубоководном шельфе осуществляются, как правило, консорциумом компаний.

Шельфовые проекты успешно осуществляются в Мексиканском заливе, Северном море, на шельфе Норвегии, Бразилии и других стран. В России основные надежды связывают с шельфом арктических и дальневосточных морей.

Шельф арктических морей хотя и малоизучен, но обладает значительным потенциалом. Существующие геологические данные позволяют прогнозировать значительные запасы углеводородов в этом районе. Но и риски велики.

Практикам нефтедобычи хорошо известно, что окончательный вердикт по наличию (или отсутствию) коммерческих запасов нефти можно вынести только по результатам бурения скважин. А их в Арктике пока что практически нет. Метод аналогий, который применяют в таких случаях для оценки запасов региона, может дать неверное представление о реальных запасах.

Не каждая перспективная геологическая структура содержит нефть. Тем не менее, шансы обнаружить крупные месторождения нефти оцениваются экспертами как высокие.

К поиску и разработке залежей нефти в Арктике предъявляются чрезвычайно высокие требования по обеспечению охраны окружающей среды. Дополнительными препятствиями являются суровый климат, удаленность от существующей инфраструктуры и необходимость учета ледовой обстановки.

И в заключение еще несколько соображений.

Все перечисленные источники углеводородов и способы их добычи не новы, они достаточно давно известны. Все они в той или иной степени уже задействованы нефтяной промышленностью. Сдерживает их развитие уже упомянутая высокая себестоимость конечной продукции и такой интересный показатель как EROI.

EROI (возврат энергии на инвестиции) — это отношение количества энергии, содержащейся в энергоносителе к энергии, затраченной на получение этого энергоносителя.

Другими словами — это отношение энергии, которая содержит в себе полученная нефть к энергии, потраченной на бурение, добычу, транспортировку, переработку, хранение и доставку потребителю этой нефти.

Если обычная легкая нефть в настоящее время имеет EROI порядка 15: 1, то у нефти, получаемой из нефтяного песка, EROI примерно 5: 1, а у сланцевой нефти примерно 2: 1.

Процесс постепенного замещения легкой нефти на более дорогостоящие источники углеводородов уже идет, а усредненный показатель EROI неуклонно движется к паритетному значению 1:

1. И вполне вероятно, что в будущем этот показатель будет не в нашу пользу. Если до сих пор энергия нам доставалась можно сказать бесплатно, то в не таком уж далеком будущем нам, вероятно, придется платить за то, чтобы получить энергию в привычной и удобной жидкой форме, подходящей для наших технологий и существующей инфраструктуры.

Источник: https://studwood.ru/2607533/matematika_himiya_fizika/alternativnye_istochniki_dobychi_uglevodorodov

Ссылка на основную публикацию