.

Груповий хімічний склад нафт і нафтопродуктів (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
214 1851
Скачать документ

Реферат на тему:

Груповий хімічний склад нафт і нафтопродуктів

Визначення хімічного складу нафт і їхніх фракцій трудомістке, і до
кінця нездійсненне на сьогодні завдання. Навіть склад бензинів відомий
лише на 80 %. Тому зараз використовуються методи аналізу, що дозволяють
визначити груповий хімічний чи структурно-груповий склад нафти і її
фракцій. Найменш вивчені компоненти висококиплячих фракцій нафти. При
складанні матеріального балансу групового складу враховуються тільки три
класи вуглеводнів: насичені аліфатичні (алкани), нафтенові (циклани) і
ароматичні (арени). Крім того, іноді наводять деталізований груповий
склад, що відображає також вміст різних індивідуальних вуглеводнів, що
входять до складу кожної з груп.

Гібридні вуглеводні сконцентровані переважно у висококиплячих фракціях
нафти, що ускладнює визначення їх групового хімічного складу.

Алкани та ізоалкани є у всіх нафтах у кількостях від 3-5 до 50-60 % і
більше. Алкани при кімнатній температурі інертні до дії багатьох
хімічних реагентів і здатні тільки до реакцій заміщення.

До групи рідких при звичайних температурах алканів входять гомологи
метану від пентану (С5Н12) до гексадекану (С16Н34) як нормальної, так і
ізоструктури. Багато хто з них, що киплять від 28 (ізопентан) до 300 °С,
входять до складу головної маси нафт, однак максимальна їхня кількість
міститься у фракціях, що википають від 200 до 300 °С.

Рідкі алкани входять до складу майже всіх нафт, однак їхній вміст у
різних нафтах коливається від 40 до 0 %.

Сьогодні розроблено карбамідний метод визначення і виділення нормальних
алканів, оснований на здатності карбаміду СО(NH2)2 утворювати при
звичайній температурі тверді комплексні сполуки з алканами, тобто
кларатні сполуки чи аддукти. Ізоалкани можна також виділити з їхньої
суміші з нормальними алканами хлорсульфоновою кислотою, з якою вони
взаємодіють при кімнатній температурі.

Рідкі алкани є основним компонентом товарних нафтопродуктів і сировиною
для хімічної переробки. Найбільш легкокиплячі рідкі алкани широко
застосовують як розчинники. Це насамперед петролейний ефір, що википає
при 36-75 °С, а також звичайні бензини і лігроїни, у складі яких є рідкі
алкани. У двигунах внутрішнього згоряння найбільш небажаними
компонентами бензину є нормальні, високомолекулярні алкани, а найбільш
необхідні широкорозголуженні ізоалкани, що мають низьку здатність до
детонації.

До твердих алканів відносять як нормальні, так і ізоалкани від
гексадекану С16Н34, що має температуру плавлення 18,1 0С до гептоконтану
С70Н142 з температурою плавлення понад 100 °С. Суміші твердих алканів
входять до складу нафтових парафінів (технічний, медичний, сірниковий) і
церезинів, які виділяють з нафти й озокериту (“земляний віск”).

Добре очищений парафін являє собою білу, напівпрозору, аморфну масу з
матовим зламом, без запаху і смаку, густиною від 0,865 до 0,94 г/см3.
Температура плавлення 23-71 °С, число вуглецевих атомів у молекулах
20-35, молекулярна маса – 300-450. Парафіни складені переважно
нормальними алканами і є хімічно стійкими.

Церезини зовні важко відрізнити від парафінів, але вони мають
температуру плавлення 65-88°С, складені переважно ізопарафінами з числом
вуглецевих атомів 36-55 і мають молекулярну масу 500-750. Їх виділяють з
важких залишків вакуумної перегонки нафт, переважно нафтенового типу при
їхній депарафінізації і з горючого мінералу – озокериту. Церезин з
озокериту одержують шляхом виплавлення з породи, з важких фракцій (сирий
церезин) після відповідної очистки.

Парафіни і церезини застосовують при виготовленні свічок і сірників, для
обробки тканин, просочення паперу, в електротехніці як діелектрики, у
граверній справі й ін. Важливим застосуванням парафіну, як хімічної
сировини, є переробка його в жирні кислоти шляхом окиснювання повітрям
при температурі 140 °С з каталізаторами (солями марганцю, кобальту й
ін.). Високомолекулярні жирні кислоти, що утворюються, заміняють
рослинні жири в миловарінні й у виробництві синтетичних миючих засобів.

Ароматичні вуглеводні (арени) представлені в нафтах в основному
моноциклічними вуглеводнями, а також невеликими кількостями біциклічного
ряду нафталіну, трициклічного ряду антрацену і більш конденсованих
вуглеводнів. Арени відрізняються високою реакційною здатністю, вступаючи
в реакції заміщення, приєднання і конденсації.

Для кількісного визначення аренів у світлих нафтових фракціях
рекомендується метод сульфування:

.

Реакція сульфування протікає вже при кімнатній температурі при
збовтуванні вихідного продукту з чотирма об’ємами концентрованої (не
менш 99 %) сірчаної кислоти. Сульфокислоти, що утворюються, переходять у
кислотний шар і за зменшенням об’єму вуглеводневого шару після
відстоювання визначають вміст аренів. Для видалення з нафтопродуктів
ненасичених вуглеводнів їх попередньо обробляють рівним об’ємом 80-85 %
розчину сірчаної кислоти, не взаємодіючим з аренами.

У нафтах містяться від 1 до 35 % аренів, у деяких фракціях до 70 %. В
усіх нафтах бензолу міститься менше, ніж толуолу, а загальна кількість
ксилолів перевищує вміст толуолу. Зі збільшенням молекулярної маси
фракцій вміст ароматичних вуглеводнів у них підвищується.

Ароматичні вуглеводні – надзвичайно цінна сировина для промисловості
органічного синтезу, після виділення їх з нафти. Інший напрямок їхнього
використання – безпосередньо в складі нафтових фракцій, що складають
моторні палива, тому що вони найменш схильні до детонації. Однак
небажана присутність аренів у дизельному паливі, тому що вони погіршують
процес його згоряння, а в паливах для повітряно-реактивних двигунів
(ПРД) їхня кількість обмежується до 20-22 %, оскільки вони збільшують
сажеутворення. Вміст аренів обмежується в бензині “уайт-спірит” (до 16
%) і бензині для гумової промисловості (до 3 %) у зв’язку з їхньою
токсичністю.

Нафтенові вуглеводні (циклопарафіни, циклоалкани чи циклани) за
хімічними властивостями близькі до представників вуглеводнів жирного
ряду, а за циклічною будовою нагадують вуглеводні ароматичного ряду.
Нафтени підрозділяють на моноциклічні CnH2n (циклопентан C5H10,
циклогексан C6H12); біциклічні CnH2n-2 (декалін C10H18); три – і
поліциклічні CnH2n-4, CnH2n-6 і т.п.

Найбільш характерними хімічними реакціями для нафтенів є реакції
заміщення: хлорування, нітрування азотною кислотою при нагріванні,
окислювання азотною кислотою середньої концентрації з утворенням
двухосновних кислот (глутарової – HOOC(CH2)3COOH, адипінової –
HOOC(CH2)4COOH і ін.). Нафтени гідруються погано, перетворюючись на
алкани. Більш легко здійснюється дегідрогенізація з утворенням аренів
при наявності каталізаторів і температурі 300-350 °С.

Нафтени здатні утворювати комплекси з тіомочевиною, що дозволяє
відокремити моноциклічні нафтени від поліциклічних, котрі утворюють з
тіомочевиною більш міцні комплекси.

Визначення кількісного вмісту нафтенів у сумішах вуглеводнів проводиться
після попереднього видалення неграничних і ароматичних вуглеводнів, у
результаті чого задача зводиться до визначення нафтенів у суміші з
алканами. Цю суміш називають граничним залишком. Вміст нафтенів у
граничному залишку визначається методом анілінових точок чи методом
питомих рефракцій.

Нафтенові вуглеводні входять до складу всіх нафт (25-75 %), причому в
більшості нафт вони переважають. Кількість нафтенів у фракціях зростає в
міру збільшення їхньої густини. Моноциклічні нафтени містяться в
основному у фракціях до 300 °С, біциклічні з’являються в середніх
бензинових (130-150 °С) і зберігаються у висококиплячих, трициклічні
знаходяться у фракціях, що википають при температурі понад 200 °С.

Неграничних вуглеводнів природні нафти не містять чи містять дуже мало,
але вони часто складають значну частину рідких і газоподібних продуктів
термічної деструктивної переробки нафти і її фракцій. Висока реакційна
здатність неграничних вуглеводнів дозволяє використовувати їх як
сировину для органічного синтезу, однак вони знижують хімічну
стабільність нафтопродуктів.

Асфальтосмолисті речовини є невід’ємним компонентом майже всіх нафт.
Після відгону з нафти світлих фракцій, легких олій, а також важких
мазутних фракцій залишається складна суміш смолистих продуктів, що
представляють собою темну і густу масу – гудрон, кількість якого в
смолистих нафтах може досягати 40 %. Смолисті й асфальтові речовини, що
складають гудрон, розглядаються як високомолекулярні (молекулярна маса
понад500) гетероорганічні сполуки складної гібридної будови, що
включають вуглець, водень, кисень, сірку й азот.

За розчинністю смолисті й асфальтові речовини поділяють на групи:

– нейтральні нафтові смоли – розчинні в петролейному ефірі , який не має
ароматичних вуглеводнів;

нафтові нейтральні асфальтени – розчинні в бензолі, але не розчинні в
петролейному ефірі;

асфальтенові кислоти і їхні ангідриди – смолисті речовини кислотного
характеру, розчинні в спирті і не розчинні в петролейному ефірі;

карбени – речовини частково розчинні в піридині і сірковуглеці;

карбоїди – речовини, не розчинні ні в яких розчинниках.

Загальний вміст смолистих і асфальтових речовин у нафтах коливається від
1 до 40 %, причому кількість смолистих речовин найбільша у нафтах
високої густини, багатих ароматичними вуглеводнями. Вони
використовуються в дорожному будівництві, виробництві лаків, в
будівельній справі і для інших цілей.

До кисневих сполук нафти відносять нафтенові і жирні кислоти, феноли.
Нафтенові кислоти є у всіх нафтах (0,07-5 %), однак найбільше їх у
нафтенових нафтах. Нафтенові кислоти утворюють солі з металами, і таким
чином руйнують їх. У зв’язку з цим нафтенові кислоти з нафтопродуктів
намагаються видалити у вигляді лужних солей, наприклад, натрієвих мил,
відомих за назвою “милонафт”.

Жирних кислот і фенолів у нафтах дуже мало, за винятком Бориславської
нафти, у якій частка цих речовин складає до 30 % від усіх кислих сполук.

Сірка в нафті присутня у різній формі від елементної сірки і сірководню
до сірчистої органіки, що включає понад 120 сполук.

Меркаптани (тіоспирти) R-SН є в нафтах у малих кількостях, але можуть
утворюватися при переробці нафтової сировини за рахунок розкладання
інших сірчистих сполук. Перші члени ряду меркаптанів, починаючи з
етилмеркаптану C2H5SH – легкокиплячої рідини із сильним неприємним
запахом, що відчувається вже при концентрації їх у повітрі 1·10-7 мас.
%, використовуються для виявлення витоку побутового газу по запаху,
наприклад, етилмеркаптану.

Моно – і дисульфіди аналогічно ефірам можуть бути у вигляді тіоефірів
R-S-R1 і дітіоефірів R-S-S-R1. Тіоефіри нейтральні рідини без запаху,
містяться як у сирій нафті, так і в продуктах її перегонки, складаючи в
легких і середніх фракціях 50-80 % загальної сірки. Дітіоефіри важкі
нейтральні рідини з неприємним запахом, знаходяться в нафтах у невеликих
кількостях.

Вміст циклічних моносульфідів, тіофанів і тіофенів, у нафтах незначний,
але в продуктах їхньої термічної переробки вони часто присутні у великих
кількостях.

Вміст сірчистих сполук у нафтах і нафтопродуктах визначають
різноманітними методами якісного і кількісного аналізу. Найчастіше
визначають загальний вміст сірки, для чого застосовують методи спалення
проби в калориметричній бомбі, “памновий метод” для легких
нафтопродуктів, спалювання в трубчастій печі для олій і метод Ешка для
важких нафтопродуктів.

Вміст загальної сірки в нафтах звичайно менше 1 %, однак він коливається
в межах 0,05-6 %. Сірчисті сполуки в нафтах і нафтопродуктах є
шкідливими компонентами, що кородують метали, крім того вони додають
нафтопродуктам неприємний запах і токсичні властивості, а також
погіршують антидетонаційні властивості бензинів.

Загальний вміст азоту в різних нафтах становить 0,03-0,52 %. Азотисті
сполуки в нафтах зв’язані головним чином зі смолистими речовинами. Як
правило, чим більше густина нафти, тим більше в ній міститься смолистих
речовин, сірчистих і азотистих сполук. У складі азотистих сполук
переважають органічні гетероциклічні луги: піридин, хінолін, їх
метиловані гомологи і гідровані форми, аміни, а при перегонці нафт
виділяється аміак. Витяг з нафти азотистих сполук здійснюється у вигляді
солей шляхом обробки її сумішшю, що складається зі слабкої сірчаної
кислоти і спирту при температурі близько 50 °С. При розкладанні солей,
що випали в осад, лугом виділяються основи (піридин, хінолін і ін.).

Під мінеральними речовинами нафти розуміють речовини, що входять до
складу золи від спалювання нафти, і воду. При зберіганні нафти більша
частина води і механічних мінеральних домішок відстоюються, проте вода
(до 4 %) з розчиненими в ній солями і домішки залишаються в нафті.
Мінеральні домішки, що залишаються після відстоювання в нафті, називають
“внутрішньою золою”, про кількість якої судять по горючому прожареному
залишку після спалювання наважки відфільтрованої нафти. Внутрішня
зольність нафти невелика – від тисячних до десятих часток відсотка,
причому, чим більш насичена нафта кислотними компонентами і смолистими
речовинами, тим більше їхня зольність.

Вода в нафтах є однією з її складових частин і для визначення її вмісту
найчастіше застосовують метод Діна і Старка.

ЛІТЕРАТУРA

Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.

Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.

Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.

Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.

Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.

Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.

Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020