Природные источники углеводородов и их переработка.

1. Природный газ.

Природный газ имеет следующий состав: 80 – 98% метана; 2 – 3% гомологи метана – этан, пропан, бутан и примеси (сероводород, азот, инертные газы, углекислый газ, водяные пары).

2. Попутные газы.

Попутные газы находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением. В попутных газах меньше метана, но больше этана, пропана, бутана и высших углеводородов. Раньше попутные газы сжигались, но сейчас их улавливают и используют как топливо и как химическое сырьё. Попутные газы разделяют на смеси более узкого состава:

1. Газовый бензин – это смесь гексана и пентана. Его добавляют к бензину и его качество улучшается.

2. Пропан-бутановая фракция – смесь пропана и бутана в виде сжижённого газа используется как топливо

3. Сухой газ – по составу сходен с природным газом. Используется для получения ацетилена, водорода и др. веществ, а также используется в качестве топлива.

Из пропана и бутана реакцией дегидрирования получают пропилен, бутилен, бутадиен, а затем из них синтезируют каучуки и пластмассы.

Природный газ используется как топливо с высокой теплотворной способностью. Это один из лучших видов топлива (экологически чистое топливо). Разработано много способов переработки природных газов. Из предельных углеводородов получают непредельные, окислением углеводородов получают органические кислоты, спирты, альдегиды и др.

Уголь – является ценным химическим сырьём. Его коксуют и получают продукты: кокс, каменноугольная смола, аммиачная вода, коксовый газ. Коксовый газ состоит из 60% водорода, 25% метана, 5% угарного газа, 4% азота, 2% оксида азота (IV) – NO₂, 2% этилена и 2% прочих газов. Коксовый газ используют для обогревания коксовых печей. Из него получают водород, также его используют для синтеза аммиака. Из каменноугольной смолы получают: бензол, толуол, ксилол, нафталин, фенол и другие вещества.

Нефть – маслянистая жидкость, светло-бурого или чёрного цвета с характерным запахом, она легче воды, в воде не растворима. Главное месторождение нефти – Баку, Северный Кавказ (Майкоп, Грозный), Казахстан, Татарстан, Сахалин, Западная Украина. В последнее время осваиваются крупные месторождения нефти в Сибири. Тюмень ежегодно даёт 50% всей нефти.

Нефть – сложная смесь углеводородов (главным образом жидких, в которых растворены твёрдые и газообразные вещества). Обычно это парафиновые углеводороды, циклоалканы, арены. В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Бакинская нефть богата циклопарафинами и бедна алканами. В грозненской нефти больше предельных углеводородов. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

Первичная переработка нефти.

Нефть перегоняют в ректификационной колонне (высота 40 м.). Внутри колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями. Пары нефти поднимаются по колонне, при этом пары охлаждаются и сжижаются, образуя на тарелках (перегородках) различные фракции.

бензин t_кип. = 150 – 200⁰С

лигроин t_кип. = 120 – 200⁰С

керосин t_кип. = 150 – 300⁰С

газойль (солярное масло) t_кип. > 300⁰С

В остатке образуется чёрная жидкость – мазут. Мазут подвергается дальнейшей переработке. Его перегоняют под давлением и получают смазочные масла: веретённое, машинное, цилиндровое и др. Из мазута некоторых сортов нефти выделяют вазелин, парафин. Остаток мазута – гудрон.

Продукты нефти широко применяются.

Бензин – авиационное, автомобильное топливо. Он состоит из углеродов, содержащих в молекуле от 5 до 9 атомов углерода.

Лигроин – дизельное топливо, хороший растворитель. Лигроин в больших количествах перерабатывается в бензин.

Керосин – горючее реактивных и тракторных двигателей. Он состоит из углеродов содержащих от 9 атомов углерода до 16 углеродных атомов.

Газойль – солярное масла, содержат углеводороды С₁₂ – С₂₀. Используется для получения смазочных масел, как дизельное топливо и для крекинга.

Вазелин – используется в медицине. Он состоит из жидких и твёрдых углеводородов.

Парафин – применяется для получения высших карбоновых кислот, для изготовления свечей, гуталина. Он состоит из смеси твёрдых углеводородов.

Гудрон – нелетучая, чёрная масса, применяется для изготовления асфальта.

Мазут – используется для переработки на смазочные материалы и бензина, используется как котельное, жидкое топливо.

Вторичная переработка нефти.

Один из важных методов вторичной переработки нефти – это крекинг.

Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

С₈Н₁₈ → С₄Н₁₀ + С₄Н₈

С₄Н₁₀ → С₂Н₆ + С₂Н₄

Различают два вида крекинга:

1. Термический крекинг.

Термический крекинг протекает при сравнительной высокой температуре 470 – 550⁰С. Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвлённой цепью. В бензине полученном в процессе термического крекинга наряду с алканом содержится много непредельных углеводородов, поэтому этот бензин обладает большой детонационной стойкостью. Но в этом бензине много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются, поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. К такому бензину добавляют антиокислители.

2. Каталитический крекинг.

Каталитический крекинг протекает в присутствии катализатора (алюмосиликатов) и при более низкой температуре 450 – 500⁰С. Процесс протекает быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул, но и изомеризация. Бензин каталитического крекинга обладает высокой детонационной стойкостью, так как в нём содержится много углеводородов с разветвлённой цепью.

Непредельных углеводородов содержится меньше, поэтому процессы окисления и полимеризации в нём не протекают. Такой бензин устойчив при хранении.

Пиролизом называется разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре.

При пиролизе нефти образуются этилен, ацетилен и ароматические – бензол, толуол. Пиролиз нефти – это получение ароматических углеводородов. Этот процесс называется ароматизацией нефти.