1. Природный и попутный нефтяной газы Природный газ — смесь газов, образует самостоятельные ме¬сторождения. Основным его компонентом является метан (от 75 до 98% в зависимости от…

1. Природный и попутный нефтяной газы Природный газ — смесь газов, образует самостоятельные ме¬сторождения. Основным его компонентом является метан (от 75 до 98% в зависимости от месторождения), остальное приходит¬ся на долю этана, пропана, бутана и небольшого количества при¬месей — азота, оксида углерода (IV), сероводорода и паров воды. При сгорании природного газа выделяется много тепла, по¬этому до 90% его расходуется в качестве топлива (теплоэлектро¬станции, промышленные предприятия). Остальные 10% явля¬ются источником сырья для химической промышленности: по-лучение водорода, этилена, ацетилена, сажи, различных пласт¬масс, медикаментов и других продуктов. Попутные нефтяные газы. По происхождению это тоже при¬родные газы, но встречаются вместе с нефтью — находятся над нефтью или растворены в ней под давлением. При извлечении нефти на поверхность давление падает и растворимость газов уменьшается, в результате этого они выделяются из нефти. Попутные газы содержат меньше метана (30—50%), но боль¬ше его гомологов: этана, пропана, бутана и других углеводородов. Кроме того, в них присутствуют те же примеси, что и в природных газах. На газоперерабатывающих заводах попутные газы разделя¬ют на фракции: — газовый бензин, содержащий легколетучие углеводороды, добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя; — пропан-бутановая фракция (сжиженный газ) применяет¬ся как бытовое топливо; — сухой газ (по составу сходен с природным газом) исполь¬зуют для получения ацетилена, водорода, этилена и других ве¬ществ, из которых в свою очередь производят каучуки, пласт¬массы, спирты, органические кислоты и т. д. 2. Нефть и ее переработка Нефть — маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима; представляет собой смесь = 150 углеводородов с примесями других веществ, поэтому у нее нет определенной температуры кипения. В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. Так, бакинская нефть богата нафтеновыми углеводородам (до 90%), в грозненской нефти преобладают предельные углеводороды, а в уральской — ароматические. Наиболее часто встречаются нефти смешанного состава. По плотности различают легкую и тяжелую нефть. В настоящее время в мире добывается около 3 млрд. т нефти. Большая часть ее (90%) используется как сырье для производства различных видов топлива и смазочных материалов. В то ж время нефть — ценное сырье для химической промышленности. Из веществ, добываемых из нефти, получают синтетические каучуки, пластмассы, взрывчатые вещества, лекарственные препараты, синтетические волокна и многое другое. Поэтому можно сказать, что экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. Нефть в сыром виде не применяют, ее подвергают переработке. Переработка нефти Первичная переработка (физические процессы) Очистка. Сырую нефть очищают от газов, воды и механических примесей (песок, глина, минеральные соли и т. п.). Затек нефть подвергают фракционированной перегонке. Перегонка (ректификация) — процесс разделения смесей на отдельные компоненты или фракции на основании раз¬личия их температур кипения. В состав нефти вхо¬дят углеводороды, мно¬гие из которых имеют близкие температуры кипения, поэтому при перегонке получают не индивидуальные углево¬дороды, а фракции с оп¬ределенными интервала¬ми температур кипения. При нагревании в первую очередь переходят в парообразное состояние углеводороды с малой молекулярной массой (они ки¬пят при более низкой температуре). Пары этих углеводородов поступают в холодильник, где конденсируются при охлажде¬нии водой. Жидкие углеводороды собираются в приемник. По мере повышения температуры начинают кипеть углеводоро¬ды с большой молекулярной массой. Меняя приемники, можно разделить нефть на отдельные фракции, кипящие в определен¬ном интервале температур. В промышленности перегонку осуществляют на установках непрерывного действия в ректификационных колоннах. Колонна представляет собой стальной цилиндрический ап¬парат высотой 50—60 м, диаметром до 3 м. Внутри цилиндра на некотором расстоянии друг от друга располагаются горизон¬тальные перегородки с отверстиями — тарелки. Пред¬варительно нагретая до 300—350 °С нефть подается в нижнюю часть ректификационной колонны. Пары нефти через отверстия в тарелках поднимаются вверх, при этом они постепенно ох¬лаждаются и сжижаются на тех или иных тарелках в зависи¬мости от температуры кипения. Наиболее легколетучие углево-дороды поднимаются до самого верха колонны и сжижаются на самых верхних тарелках. Менее летучие конденсируются уже на первых тарелках. При перегонке выделяют следующие фрак¬ции нефти: Газовая фракция (температура кипения до 40 °С), содержит нормальные и разветвленные алканы C1—С4. Раньше эти газы сжигались факельным способом. В настоящее время их стремятся улавливать и использовать как в качестве топлива, так и в качестве химического сырья – газовый бензин. Бензиновая фракция (температура кипения 40—200 °С), содержит углеводороды С5-С11; при повторной перегонке из нее выделяют легкие нефтепродукты, кипящие в более узких интервалах температур: петролейный эфир (40—70 °С), авиационый и автомобильный бензин (70—120 °С). Лигроиновая (тяжелый бензин, температура кипения (150 - 250 °С) — углеводороды состава С8-С14; применяют в качестве горючего для тракторов - лигроин. Керосиновая (температура кипения 180—300 °С), включает углеводороды состава С12—С18; используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет - керосин. Газойль (дизельное топливо, температура кипения (270- 350 °С), используется как дизельное топливо и в больших масштабах подвергается крекингу. После отгонки указанных фракций, получивших название светлых нефтепродуктов, остается темная вязкая жидкость — мазут. Мазут, используют как топливо в котельных установках, но основная масса его подвергается перегонке (ректификации) под низким давлением (под вакуумом). При этих условиях из мазут выделяют соляровые масла (из них получают дизельное топливо и смазочные масла); вазелин (основа для косметических средств и лекарств); парафин (применяют для производства свечей, в медицине). Остаток от перегонки мазута — гудрон, его применяют при производстве материалов для дорожного строительства (асфальт). Фракционная перегонка нефти позволяет получить не более 20% бензиновой фракции. Кроме этого выделенный бензин должен обладать детонационной (от фр. detoner — взрываться) стойкостью. При сгорании паров бензина в цилиндре двигателя внутреннего сгорания образуется большое количество разогретых до высокой температуры газов. Эти газы за счет резкого увеличения давления толкают поршень вдоль цилиндра, а энергия поршня передается на ведущие оси. Для эффективной работы двигателя необходимо, чтобы воспламенение воздушно-бензиновой смеси происходило при определенном расположении поршня в цилиндре. С целью полного использова¬ния энергии горения воздушно-бензиновую смесь перед воспламенением сжима¬ют. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощ¬ность развивает двигатель. Однако сжатие некоторых углеводородов может вызвать внезапное преждевременное воспламенение — детонацию. Бензин сгорает со взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре (у мотора «звенят пальцы»), что отрицательно сказывается на работе двигателя. Наименьшей стойкостью к детонации обладают предельные углеводороды нормального строения. Предельные углеводороды с разветвленной цепью, а также непредельные и ароматичес¬кие устойчивы к детонации. Они допускают значительное сжа¬тие воздушно-бензиновой смеси и, следовательно, позволяют кон¬струировать более мощные двигатели. Количественно детонационная стойкость бензина харак¬теризуется октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость бензина к детонации. Детонационная стойкость н-гептана СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3, который легко де¬тонирует, условно принята за 0; а наиболее устойчивого к дето¬нации изооктана (2,2,4-триметилпентан) принята за 100. Октановое число бензина численно равно такому процент¬ному содержанию изооктана в смеси с н-гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравниваемого с ним бензина одинакова. Например, если октановое число бензина равно 95, то это означает, что он допускает такое же сжатие смеси в цилиндре без детонации, как смесь из 95% изооктана и 5% к-гептана. С высокими темпами развития автомобильного и авиацион¬ного транспорта возникла необходимость в дополнительном про¬изводстве бензина и с более высоким октановым числом. Для увеличения выхода высококачественных бензиновых фракций были разработаны химические способы переработки нефтепро¬дуктов. Вторичная переработка (химические процессы). Исходным сырьем при вторичной переработке являются высококипящие нефтяные фракции: керосин, газойль, мазут. Крекинг нефтепродуктов. Одним из первых способов хими¬ческой переработки был крекинг. Промышленный крекинг пред¬ложен в 1891 г. русским инженером В.Г. Шуховым. Вам извест¬но, что сущность крекинга заключается в расщепле¬нии крупных молекул углеводородов на более мелкие и что в зави¬симости от условий различают крекинг термический и катали¬тический. Термический крекинг осуществляют нагреванием углеводо¬родов до 470—550 °С под давлением. При этих условиях образуется смесь жидких предельных и непредельных углеводородов нормального строения: С16Н34 t, p С8Н18 + С8Н16 гексадекан октан октен Образовавшиеся углеводороды подвергаются дальнейшему крекингу, поэтому кроме углеводородов, входящих в состав бензина, образуются и газообразные продукты (этан, этилен, метан, водород): t, р С8Н18 С4Н10 + С4Н8 С4Н10 t/,p С2Н6 + С2Н4 и т.д. которые используют как сырье в химической промышленное Процесс разложения углеводородов под действием высокой температуры протекает по радикальному механизму. Бензин термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержит непредельные углеводороды. Поэтому этот бензин обладает более высоким октановым числом, чем бензин прямой перегонки. Однако, он менее устойчив при хранении поскольку непредельные углеводороды легко окисляются и полимеризуются. При его сгорании могут засориться различи части двигателя. В настоящее время наиболее распространен каталитический крекинг. Он проводится при атмосферном давлении, в присутствии катализаторов (алюмосиликатов) и при более низкой температуре (450—500 °С). В этих условиях процесс протекает с большей скоростью, по сравнению с термическим крекингом, сопровождается не только расщеплением молекул углеводородов, но и их изомеризацией, приводящей к получению углеводородов разветвленного строения: СН3 СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 кат. t СН3 – СН - СН2 – С – СН3 н-октан сн3 сн3 2,2,4-триметилпентан (изооктан) Каталитический крекинг сопровождается не только изомеризацией, но и ароматизацией и алкилированием углеводордов. Вследствие этого бензин каталитического крекинга, по сравнению с бензином термического крекинга, содержит не только углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов, но и небольшой процент ароматических углеводородов, поэтому он обладает большей детонационной стойкостью (октановое число около 90). Кроме этого, он содержит меньше непредельных угле¬водородов, что делает его устойчивым при хранении. Следовательно, использование крекинг-процесса не только повышает выход бензина (до 65—75% в расчете на сырую нефть), но и позволяет получить бензин с более высоким ок¬тановым числом. Риформинг (ароматизация) — это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения. Осуществляют его путем нагревания бензина при повышен¬ном давлении в присутствии катализатора, например платины. Образовавшиеся ароматические углеводороды повышают ок¬тановое число бензина. Риформинг применяют и для получения ароматических углеводородов (бензола, толуола) из бензиновых фракций, ко¬торые являются сырьем для важнейших химических продук¬тов. Пиролиз проводят нагреванием нефтепродуктов до темпера¬туры 650—800 °С. В этих условиях основными продуктами ре¬акции являются непредельные газообразные углеводороды (эти¬лен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол). Из вышеизложенного следует: нефть — сырье не только для топлива, но и для производства многих органических веществ. опорный конспект