3. Нафтопродукти та їх застосування

Продукти первинної перегонки нафти мають різне застосування.

• Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне пальне. Він складається зазвичай з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від п’яти до дев’яти атомів Карбону.

• Лігроїн є 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.

• Газойль — використовують як моторне пальне.

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

Застосування продуктів переробки мазуту

• 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.

• 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).

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

4. Крекінг та його види

Крекінг нафтопродуктів полягає в розщепленні довгих молекул вуглеводнів, що входять у висококиплячі фракції, на більш короткі молекули легких низькокиплячих продуктів.

Первинна пряма перегонка нафти дає порівняно мало бензину — 4-25% з різних нафт. Збільшення виходу бензину досягається застосуванням вторинної переробки більш важких нафтових фракцій, а також мазуту з допомогою методів деструкції, що дозволяє підвищити вихід бензину в кілька разів.

Залежно від виду сировини й необхідної якості одержуваної продукції в нафтопереробній промисловості застосовують різні технологічні способи переробки сировини.

Без застосування каталізаторів: термічний крекінг у рідкій і паровій фазах, піроліз, коксування, окисний крекінг і окисний піроліз.

Із застосуванням каталізаторів: каталітичний крекінг, гідрогенізаційний крекінг (деструктивна гідрогенізація), каталітична ароматизація (дегідрогенізаційний крекінг).

У його основі лежать процеси перетворення вуглеводнів, що входять до складу нафти чи нафтопродуктів, під впливом нагрівання до температур 400-700 °С і вище й за різного тиску. У результаті одержують газоподібні, рідкі та тверді продукти.

Термічний крекінг здійснюється у двох основних варіантах: у рідкій (тиск 2-7 МПа, температура 450-500 °С) і в паровій (тиск 0,2-0,5 МПа, температура 550-600 °С) фазах. У разі рідкофазного крекінгу більший вихід бензину й менше газу, ніж під час парофазного.

Сировиною для крекінгу є різні фракції: газойль, солярка, гас, мазут, гудрон, а також бензин прямої перегонки нафти. Різні види сировини доцільно піддавати крекінгу окремо, підбираючи для кожного процесу відповідні умови. Алкани крекуються легше за все й дають бензин з низькими октановими числами (55-60), за тієї ж глибини крекінгу нафтенів октанові числа бензину вище (60-70). Наприклад:

Утворилася суміш насичених і ненасичених вуглеводнів, яка відповідає бензину. Речовини, що утворилися, частково можуть розкладатися далі:

За глибоких форм крекінгу одержувані продукти сильно ароматизовані. Вихід крекінг-бензинів, залежно від виду сировини й режиму роботи установок, змінюється від 25 до 70 %.

Каталітичний крекінг на алюмосилікатних каталізаторах — один із найбільш багатотоннажних процесів у нафтопереробній промисловості. Метою процесу є одержання високооктанового бензину з вакуумних дистилятів різних нафт, що википають у межах 300-500 °С.

Каталітичний крекінг проводять за температури 450-530 °С під тиском, близьким до атмосферного (0,07-0,3 МПа). Реактори мають забезпечувати можливість постійного відводу каталізатора на регенерацію, тому використовують реактори з рухомим чи киплячим шаром каталізатора.

Крім високооктанового бензину на установках каталітичного крекінгу отримують також вуглеводневий газ, легкі й важкі газойлі. Кількість та якість продуктів залежить від характеристики переробної сировини, каталізатора, а також режиму процесу.

5. Детонаційна стійкість бензину. Октанове число Основною експлуатаційною властивістю бензинів є детонаційна стійкість. Детонаційна стійкість — здатність бензину згоряти без вибуху у двигуні з іскровим запалюванням. Чим вище октанове число, тим більш стійкий бензин перед детонацією й тим кращі експлуатаційні якості він має.

Детонація — це процес дуже швидкого, вибухового згоряння робочої суміші. Детонація приводить до прогоряння поршнів і випускних клапанів. Зовнішні ознаки детонації — характерний металевий стукіт і вібрація, чорний колір відпрацьованих газів (дим), нерівна робота двигуна.

Детонація пального в моторах пояснюється нерівномірністю процесу його згоряння й залежить від якості бензину. Мірою детонаційної стійкості пального є октанове число (ОЧ).

Октанове число дорівнює вмісту (в об’ємних %) ізооктану (ОЧ = 100) в його еталонній суміші з н-гептаном (ОЧ = 0), за якого ця суміш має однакові антидетонаційні властивості з пальним, що випробовують. Отже, октанове число (ОЧ) — умовний показник, що характеризує здатність палива забезпечити бездетонаційну роботу двигунів із примусовим запаленням. Октанове число бензину підвищується шляхом додавання до бензину високооктанових компонентів або присадок-антидетонаторів.

30. Вугілля – це тверда горюча копалина органічного походження, що утворилася з вимерлих рослин і планктону в результаті діяльності мікроорганізмів. В складі вугілля розрізняють органічну й неорганічнучастини. Кам’яне вугілля містить вуглець (майже 10%), органічні сполуки складної будови (майже 80%), вологу, неорганічні домішки, які після спалювання вугілля залишаються у вигляді твердого залишку – шлаку. Ця тверда природна суміш речовин має чорний, іноді темно-сірий колір, блискучу або матову поверхню. Розрізняють три види викопного вугілля.Антрацит – найдавніше вугілля, містить в середньому 95% Карбону, має велику густину і блиск. Кам’яне вугілля містить 75-90% Карбону, має найширше використання. Буре вугілля – містить 65-70% Карбону. Як саме молоде із викопного вугілля, часто містить сліди структури дерева із якого воно утворилося. Буре вугілля має високу гігроскопічність і після його спалювання залишається багато попелу (від 7 до 30%), тому використовується як місцеве паливо і як сировина для хімічної переробки.

Кам’яне вугілля використовується безпосередньо як паливо, а також для переробки на кокс, конче необхідний у великих кількостях для металургійної промисловості. Основні споживачі кам’яного вугілля – енергетика (60%), коксохімія (25%), комунальне господарство та інші галузі промисловості (15%). Кам’яне вугілля посідає важливе місце в розвитку промислового органічного синтезу як постачальник хімічної сировини. Його запаси перевищують запаси нафти і природного газу. В Україні вугледобування зосереджено в трьох басейнах: Донецькому, Львівсько-Волинському та Дніпровському.

Існують три способи хімічної переробки вугілля – коксування, газифікація і гідрування.

Коксування кам’яного вугілля

Коксування – процес розкладу вугілля за високої температури й відсутності повітря. Кокс одержують на коксохімічних заводах. Кам’яне вугілля піддають сухій перегонці (коксування) шляхом нагрівання у спеціальних коксових печах без доступу повітря при температурі 1000ºС.

Кокс – тверда пориста речовина темно-сірого кольору, що містить 96-98% Карбону за масою, а також Гідроген, Оксиген та деякі інші елементи. Його використовують як відновник у металургії, зокрема у виробництві чавуну.

Процес коксування – це не лише добування необхідного для металургії коксу. Не менш цінними є продукти, які утворюються паралельно із коксом. Крім коксу, при сухій перегонці кам’яного вугілля виділяється суміш газів (коксовий газ) і парів летких продуктів, при охолодженні яких до 25-70ºС утворюється кам’яновугільна смола та надсмольна вода.

Коксовий газ після очищення у своєму складі містить: Н2 (60%), СН4 (25%), СО (5%), N2 (4%), CO2, C2H4, амоніак, пари бензену та деякі інші речовини. Амоніак вилучають, пропускаючи коксовий газ, що утворюється у розчин сульфатної кислоти, а амоній сульфат, що утворюється, використовують як азотне добриво. Бензен поглинають органічними розчинниками, а потім виділяють перегонкою. Звільнений від амоніаку і бензену коксовий газ використовується як паливо в промисловості (у скловарних, мартенівських печах), а також як хімічна сировина для добування водню.

Кам’яновугільна смола – густа чорна рідина зі специфічним запахом. Вона піддається дробній (фракційній) перегонці, в результаті чого одержують кілька фракцій, які є джерелом одержання цілого ряду органічних сполук:

1. легке масло (температура кипіння до 170ºС) у якому містяться ароматичні вуглеводні – бензен, толуол, ксилоли та інші речовини;

2. середнє масло (температура кипіння 170-230ºС) – феноли, нафталін та пірідинові основи;

3. важке масло (температура кипіння 230-270ºС) – нафталін та його гомологи;

4. антраценове масло (температура кипіння 270-350ºС) – антрацен, фенатрацен, кселол, крезол;

5. залишок – пек, який використовують у шляховому будівництві, для виготовлення електродів, кровельних матеріалів, лаку (пековий лак) – незамінний при фарбуванні залізних та дерев’яних конструкцій.

Надсмольна вода містить розчинені гази – вуглекислий газ, сірководень, хлороводень, амоніак та солі амонію. Амоніак вилучають із розчину і направляють на виробництво азотних добрив. Із сірководню добувають сірку і сульфатну кислоту.

Газифікація – перетворення низькосортного вугілля, бурого вугілля і торфу за допомогою хімічних реакцій на суміш газоподібних і рідких вуглеводнів. Процес газифікації здійснюють у газогенераторних установках окисненням вугілля недостатньою кількістю кисню, водяною парою, вуглекислим газом за температури 800-900ºС. Утворену газову суміш використовують у промисловості як паливо. Із рідкої суміші добувають суміш подібну за складом до бензину.

Гідрування – перетворення вугілля на рідкі та газуваті вуглеводні під дією водню за температури 400-600ºС, певного тиску і наявності каталізатора. Продукти гідрування – це переважно суміш легких вуглеводнів, за складом аналогічних легким нафтопродуктам, що утворюють фракцію бензину. Тому цей процес уважають одним із перспективних способів добування синтетичного бензину. Гідруванням вугілля добувають генераторний газ (суміш СО і N2) та синтез-газ (суміш СО і Н2).

Таким чином, з вугілля, завдяки значній різноманітності його складу, можна добути незрівнянно ширший асортимент продуктів, ніж з нафти і природного газу.