Термические процессы переработки нефти

Процессы термического крекинга и пиролиза углеводородов осуществляются в отсутствие катализаторов при повышенной температуре. Крекинг и пиролиз - это один и тот же процесс гомолитического расщепления связей с образованием свободных радикалов. Свободно-радикальное расщепление, как и все реакции деструкции, - это эндотермический процесс, протекающий с увеличением объема. Направление и глубина расщепления определяются температурой реакции, которая выбирается исходя из строения и состава углеводородного сырья и ожидаемых продуктов реакции. В углеводородах, в первую очередь разрываются С-С-связи. Энергия разрыва этой связи зависит от структуры молекулы и положения связи в ней. Ароматические углеводороды, присутствующие в нефтепродуктах, отщепляют боковые цепи, а нафтеновые еще и раскрываются с образованием олефинов. Повышение температуры приводит к ускорению реакций дегидрирования и циклизации. Кроме газообразных и жидких веществ, все высокотемпературные процессы переработки нефтепродуктов и углеводородных газов дают твердые вещества (сажа или кокс). Относительный выход жидких продуктов (бензин, крекинг-остаток или смола пиролиза), газа (крекинг-газ или газ пиролиза) и твердого остатка (кокс или сажа) зависит от вида сырья, температуры и времени контакта. С повышением температуры при прочих равных условиях возрастает выход кокса и газа, и снижается количество жидких продуктов.

Для получения низкомолекулярных продуктов процесс следует проводить при низком давлении или разбавлении реакционной массы инертным веществом, поскольку реакции расщепления идут с увеличением объема. Чаще всего пиролиз проводят в присутствии паров воды, которые не только понижают парциальную упругость компонентов реакционной смеси, но и реагируют с углеродистыми отложениями на стенках реактора, очищая их. Использование паров воды удобно и с позиций технологии: вода отделяется от реакционной массы путем конденсации и последующей сепарации (отстаивания).

Основные свойства углерода

Уникальные св-ва углерода, благодаря кот. сущ-ет многообразие соединений обусловлено тем, что углерод расположен посредине шкалы электроотрицательностей и имеет электронным строением его атома.

Электронная конфигурация в основном состоянии 1s²2s²2p²; степени окисления +4, - 4, редко +2

Углерод занимает 17-е место по распространенности в земной. Биосфера состоит из живых организмов, основанных на органических веществах, которые являются производными углерода. Из продуктов разложения органических веществ образовались каменные угли, торф, нефть, природные газы. В природе свободный углерод встречается в виде алмаза, графита и карбина, в соединениях - в виде каменного и бурого углей, нефти, горючих газов (метан). Входит в состав природных карбонатов - известняка, мрамора, мела (CaCO₃). В воздухе содержится оксид углерода (IV).Углерод - особый элемент. Ни один другой химический элемент не способен образовывать такое многообразие соединений. Причина этого многообразия в том, что атомы углерода способны:1) соединяться друг с другом в цепи различного строения - открытые (неразветвленные, разветвленные), замкнутые;2) образовывать не только простые, но и кратные связи;3) образовывать прочные связи почти с любым другим элементом.Эти уникальные свойства углерода объясняются сочетанием двух факторов: - наличие на внешнем энергетическом уровне (2s и 2p) четырех электронов (поэтому атом углерода не склонен ни терять, ни приобретать свободные электроны с образованием ионов); - малый размер атома (в сравнении с другими элементами IV группы).Вследствие этого углерод образует главным образом ковалентные, а не ионные связи, и обычно проявляет валентность, равную 4.

Известны 3 формы углерода: алмаз, графит и карбин, соответствующие трем возможным его валентным состояниям.

В трех этих веществах гибридные электронные орбитали углерода имеют различную геометрию:

- Тетраэдрическую, которая образуется при смешении одного s- и трех p-электронов (sp³-гибридизация). Атом углерода находится в центре тетраэдра, связан четырьмя эквивалентными у-связями с другими атомами углерода в вершинах тетраэдра. Такой геометрии соответствует алмаз.

- Тригональную, которая образуется при смешении одной s- и двух p-электронных орбиталей (sp²-гибридизация). Атом углерода имеет три равноценные у-связи, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Не участвующая в гибридизации p-орбиталь, расположенная перпендикулярно плоскости у-связей, используется для образования р-связи с другими атомами. Такая геометрия углерода характерна для графита.

- Дигональную, которая образуется при смешении одного s- и одного p-электронов (sp-гибридизация). При этом два электронных облака вытянуты вдоль одного направления и имеют вид несимметричных гантелей. Два других р-электрона дают р-связи. Углерод с такой геометрией атома образует особую аллотропную модификацию - карбин.