Основні нафтопродукти. Їх властивості і використання (реферат)

РЕФЕРАТ

на тему:

“Основні нафтопродукти.

Їх властивості і використання”

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.

Нафтопродукти – це суміш парафінів-нафтенів, аренів. Усі реакції
радікальні, тому вони взаємозв’язані.

До головних нафтопродуктів відносять: різні види пального (бензин,
дизельне пальне), мазут, гудрон, мастильні матеріали, парафіни тощо.

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здійснюють на
нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутних газів. У
процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопродукти: бензин (tкип від
40 до 150-200 °С), лігроїн (tкип 120-240 °С), гас (tкип 150-300 °С),
газойль — солярове масло (tкип вища 300 °С), а в залишку — в’язку чорну
рідину — мазут.

Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним
тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне,
машинне, циліндрове та ін. З мазуту деяких сортів нафти виділяють
вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону називають нафтовим пеком
або гудроном.

Продукти перегонки нафти мають різне застосування.

Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне
пальне. Він складається звичайно з вуглеводнів, що містять у молекулах у
середньому від 5 до 9 атомів Карбону.

Лігроїн служить пальним для дизельних двигунів, а також розчинником у
лакофарбовій промисловості. Велику кількість його переробляють на
бензин.

Гас застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигунів, а також
для побутових потреб. Він складається з вуглеводнів, що містять у
молекулах у середньому від 9 до 16 атомів Карбону.

Солярове масло використовують як моторне пальне, а мастила — для
змащення механізмів.

Вазелін використовують у медицині. Він складається із суміші рідких і
твердих вуглеводнів.

Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, для
просочення деревини у виробництві сірників і олівців, для виготовлення
свічок, гуталіну і т. д. Він складається із суміші твердих вуглеводнів.

Гудрон — нелетка темна маса, після часткового окиснення його
застосовують для одержання асфальту.

Мазут, крім переробки на мастила і бензин, використовують як котельне
рідке пальне.

Мастила, які виділяються під час перегонки мазуту, називають
мінеральними (нафтовими) маслами на відміну від синтетичних масел, які
одержують штучно (хоча всі масла є сумішами органічних сполук).

Основні промислові процеси-термічний крекінг:а) легкий крекінг чи
візбрекінг мазуту, гудронів; б) важкий крекінг газойлей;
в)термодеструктивна перегонка мазуту, пироліз, коксовання.

Термічний крекінг використовували з 1912р. Його основним призначенням
було виробництво автомобільного бензину, але зараз створені більш
ефективні процеси-каталітичний крекінг, ріформінг та крекінг
використовують з метою виробництва котельних палив з мазуту та гудронів
, а також термогазойлю.

Візбрекінг-варіант термічного крекінгу, спрямованний на зниження
в’язкості котельного палива.

Жорсткий крекінг дистилятних продуктів – це варіант термічного крекінгу
з метою здобуття термічного газойлю-сировини для виробки нафтового коксу
та технічного нафтового вуглецю.

Технологічні параметри-температура 530-550(С, тиск 2-5 МПа.
Реактори-змійовики трубчатої печі крекінгу, другий змійовик,у який
додають водяну пару має назвусокінг-секція. Сировина-дистилятні
продукти-газойлі (з вакуумної перегонки). Додаткові вимоги-малий вміст
сірки, багато поліциклічних ароматичних вуглеводневих (31-74%), малий
вміст асфальтенів, низька зоальність.

Коксування нафтових продуктів (залишків) – призначення процесу-здобуття
нафтового коксу.

Нафтеновий кокс-тверда речовина з (=1400-1500кг/м3. використовують (С)
нафтеновий кокс, як відновлювачта електротехнічний матеріал.

Нафтенові залишки вміщують сполуки з невисокою термічною стійкістю (за
рахунок (-зв’язків з С=С чи ароматичним кільцем).

Низкомолекулярні продукти в залишках перетворюються по звичайній схемі в
продукти-ніжчі алкени, алкени та інші.

Таким чином здобувають до 705 цінних газоподібних продуктів та рідини,
тому коксування нафтенових залишків-це один з засобів переробки залишків
після перегонки в дистилятні продукти.

Також до основних нафтопродуктів відносять парафін.

Бітуми – це один з багатьох видів товарних продуктів з асортименту
нафтопереробних підприємств. Бітуми (від лат. Bitumen – гірська смола)
– загальна назва нафтових продуктів, вміщуючих високомолекулярні
вуглеводневі і значну кількість сполук з гетероатомами (O, S, N),
природнього чи штучного походження. Раніше здобували тільки природні
бітуми на родовищах, але тепер більшу частину їх виробляють при
перероьці нафти. Виробництво бітумів складає 3-6% на сировину (нафту).

ЛIТЕРАТУРА

Химия нефти и газа: Учебн. пособие для вузов / А.И. Богомолов, А.А.
Гайле, В.В. Громова и др./Под ред. В.А. Проскурякова, А.Е. Драбкина -Л.:
Химия,1989.-424 с.

Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа.Ч.1.-М.:Химия,1975

Смидович Е.В. Технология переработки нефти.Ч.2.-М.:Химия,1980.-328с

Справочник нефтепеработчика. В 2-х томах./Под ред. С.К.Огородникова.
-Л.:Химия, 1978.

Рудин М.Г. Карманный справочник нефтепереработчика.-Л.:Химия,1989.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter