Нефть и ее переработка
Основные природные источники насыщенных углеводородов - запасы нефти и газа.
Состав природного газа: метан (до 99%), этан и пропан.
Основные компоненты нефти: алканы (от 30 до 90%) и циклоалканы, которые в нефтехимии называют нафтенами (от 0 до 60%). Некоторые сорта нефти содержат ароматические углеводороды (от 8 до 45%). В нефти также присутствуют небольшие количества (4-5%) нафтеновых кислот, асфальтово-смолистых веществ, серо- и азотсодержащих соединений.
Основные способы переработки нефти.
Первичная переработка:
Очистка: обезвоживание, обессоливание, отгонка летучих углеводородов.
Перегонка: термическое разделение нефти на фракции, основанное на разности температур кипения углеводородов – компонентов нефти.
Состав и названия фракций нефтеперегонки.
Название фракции |
Химический состав |
Температура кипения |
применение |
газ |
С1-С4 |
Ниже 20 оС |
|
Петролейный эфир |
С5-С6 |
20-60 оС |
|
лигроин |
С6-С7 |
60-100 оС |
|
бензин |
С5-С11 |
40-200оС |
|
керосин |
С12-С18 |
180-300оС |
|
газойль |
Выше С18 |
Выше 350 |
|
Применение:
А) получение растворителей,
Б) получение горюче-смазочных материалов,
В) для получения покрытий (асфальт).
Вторичная переработка
Термический крекинг - расщепление (при температуре около 500оС) углеводородов с длинной цепью и образование низших алканов и алкенов.
Разрыв каждой из С-С связей в молекуле алкана практически равновероятен, поэтому термический крекинг приводит не к индивидуальным веществам, а к их смесям. Например, крекинг бутана дает смесь метана, этана, этена и пропена:
Состав конечных продуктов термического крекинга алканов зависит от выбранных условий проведения процесса, прежде всего, от температуры. Так, при 400-500оС в продуктах крекинга преобладают жидкие углеводороды, а при 750-900оС образуется больше газообразных продуктов.
Применение:
А) производство низших алкенов. Из газов пиролиза и крекинга нефти получают фракции: С2 (этан-этеновую), С3 (пропан-пропеновую) и С4 (бутан-бутеновую). Чистые же этен и пропен образуются после обработки соответствующих фракций катализатором дегидрирования; дегидрирование бутан-бутеновой фракции применяют для получения 1,3-бутадиена.
Б) В 1930-1950 гг. термический крекинг имел определяющее значение при производстве бензина из высших фракций нефтеперегонки. Однако октановое число такого бензина не превышает 65, и он не отвечает тем требованиям, которые предъявляются к двигателю внутреннего сгорания современного автомобиля. Поэтому в настоящее время все большее распространение получают установки для проведения каталитического крекинга.
Каталитический крекинг. В условиях данного процесса алканы подвергаются как распаду на алканы и алкены меньшей молекулярной массы, так и изомеризации. Сырье – тяжелые фракции нефтеперегонки, катализатор – алюмосиликаты (вещества кислой природы). Пример процесса изомеризации:
Применение: для получения бензина с высоким октановым числом.
Риформинг. Сырье – тяжелые фракции нефтеперегонки. Осуществляют при температурах около 500С под давлением водорода на катализаторе (смесь оксида алюминия и платины). В ходе процесса протекают реакции:
Расщепление связей С-С (крекинг)
изомеризация углеводородов (катализируемая оксидом алюминия)
ароматизация, включающая циклизацию и дегидрирование (платина выполняет функцию катализатора гидрирования-дегидрирования).