- •В.В. Васильев, е.В. Саламатова основы химии нефти
- •Санкт-Петербург
- •Введение
- •Тема 1. Общие свойства и классификация нефтей
- •Контрольные вопросы
- •Тема 2. Происхождение нефти
- •Контрольные вопросы.
- •Тема 3. Основные физико-химические свойства и технические характеристики нефти и нефтепродуктов
- •Контрольные вопросы.
- •Тема 4. Нефть как многокомпонентная система
- •Контрольные вопросы.
- •Тема 5. Алканы нефти
- •Контрольные вопросы.
- •Тема 6. ЦиклоАлканы нефти
- •Контрольные вопросы.
- •Тема 7. Арены и гибридные углеводороды
- •Контрольные вопросы.
- •Тема 8. Гетероатомные соединения и минеральные компоненты нефти
- •1 Фенол, 2-4 крезолы, 5-8 ксиленолы.
- •Контрольные вопросы.
- •Заключение
- •Список литературы
- •Терминологический словарь
- •4. Содержание дисциплины
Контрольные вопросы.
1. Циклопентаны нефти, физические химические свойства.
2. Циклогексаны нефти, физические химические свойства.
3. Бициклические нафтены.
4. Полициклические нафтены.
5. Содержание нафтенов в нефтяных фракциях.
Тема 7. Арены и гибридные углеводороды
Аннотация
В настоящем разделе приведены сведения об основных типах ароматических соединениях и гибридных углеводородах. Этот раздел особенно важен для студентов для понимания термических и термокаталитических процессов нефтепереработки.
Ароматический ряд охватывает все карбоциклические соединения, в молекулах которых присутствует специфическая замкнутая p-электронная группировка с числом электронов (4n+2), где n имеет значения 1,2,3 и т.д. В подавляющем большинстве случаев такой группировкой является бензольное кольцо (n=1). Эта группировка атомов обуславливает определённые химические и физические свойства ароматических соединений, их ароматический характер.
В настоящее время основными источниками ароматических соединений являются нефть и каменноугольная смола.
Ароматическими углеводородами (аренами) называются вещества, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец — циклических групп атомов углерода с особым характером связей.
Условно арены можно разделить на два ряда. К первому относят производные бензола (например, толуол или дифенил), ко второму – конденсированные (полиядерные) арены (простейший из них – нафталин).
Гомологический ряд бензола отвечает общей формулы СnН2n-6. Радикалы ароматических углеводородов называются арильными радикалами. Радикал С6Н5 – называется фенил. Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Нумерацию кольца проводят так, чтобы номера радикалов были наименьшими. Для дизамещенных бензолов R-C6H4-R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками (орто-, мета-, пара-).
Ароматические углеводороды – обычно жидкости и реже твёрдые вещества обладают сильным специфичным запахом.
Физические свойства некоторых аренов, содержащихся в нефтях в наибольших количествах приведены в табл.7.
Таблица 7 – Физические свойства некоторых ароматических углеводородов
Углеводород |
Ткр., 0С |
Ткип., 0С |
ρ20, кг/м3 |
n20D |
Бензол |
5,52 |
80,1 |
879,0 |
1,5011 |
Толуол |
-95,0 |
110,6 |
866,9 |
1,4969 |
Ксилол орто- мета- пара- |
-25,2 -47,9 13,3 |
144,4 139,1 138,4 |
880,2 864,2 861,0 |
1,5054 1,4972 1,4958 |
Этилбензол |
-95,0 |
136,2 |
867,0 |
1,4959 |
1,2,3-Триметилбензол |
-25,4 |
176,1 |
894,4 |
1,5139 |
Пропилбензол |
-99,5 |
159,2 |
862,0 |
1,4920 |
Кумол (изопропилбензол) |
- 96,0 |
152,4 |
861,8 |
1,4914 |
1,2,3,4-Тетраметилбензол |
-6,2 |
205,0 |
905,2 |
1,5203 |
1,2,3,5-Тетраметилбензол |
-23,7 |
198,2 |
890,4 |
1,5130 |
Бифенил |
69,0 |
255,6 |
- |
- |
Нафталин |
80,3 |
218,0 |
- |
- |
Фенантрен |
99,2 |
340,1 |
- |
- |
Антрацен |
216 |
342,3 |
- |
- |
Вязкость и плотность алкилбензолов возрастает с увеличением числа метильных групп, индекс вязкости снижается. Плотность полиметилпроизводных бензола также выше, чем алкилбензолов с тем же числом углеродных атомов.
Арены обладают высокой детонационной стойкостью – высокими октановыми числами, а также характеризуются наихудшей воспламеняемостью.
Содержание аренов в различных нефтях изменяется в широких пределах и составляет от 15 до 50%.
Арены представлены в нефтях бензолом и его гомологами, а также производными би- и полициклических углеводородов. В нефтях содержатся и гибридные углеводороды, включающие не только ароматические циклы и алкановые цепи, но и насыщенные циклы.
Преобладающими аренами в бензиновых фракциях являются толуол, ксилолы и триметилбензолы. Соотношение содержания индивидуальных аренов остается приблизительно одинаковым для нефтей различных типов.
1 – Бензол, 2 – толуол, 3 – о-ксилол, 4 – м-ксилол, 5 – п-ксилол.
В керосино-газойлевых фракциях нефтей (фракция 180-2000С) идентифицированы гомологи бензола С10 и более. Среди них преобладают тетраметил- и диметилэтильные производные. Углеводороды бензольного ряда содержатся в большем количестве, чем би- и полициклические арены, и в более высококипящих фракциях — керосиновых, газойлевых и даже масляных.
В средних фракциях найдены также производные бензола с длинными алкильными заместителями и с изопреноидной структурой. К гибридным углеводородам с одним бензольным кольцом относятся индан, найденный в небольшом количестве в бензиновых фракциях, и его гомологи. Из керосиновой фракции выделены тетралин и его метилпроизводные, нафталин и его гомологи. К гибридным углеводородам, присутствующим в газойлевых фракциях, относятся аценафтен флуорен и их гомологи.
1 – Алкилбензол, 2 – индан, 3 – тетралин, 4 – нафталин, 5 – инден, 6 – флуорен, 7 – аценафтен, 8 – бифенил.
В этих же фракциях содержатся и арены с тремя конденсированными кольцами — фенантрен, антрацен и их алкилпроизводные.
В более высококипящих нефтяных фракциях найдены гибридные моноциклоароматические углеводороды, имеющие три, четыре или пять насыщенных колец, генетически связанные с углеводородами ряда гопана. Все эти углеводороды, как и производные бензола с изопреноидными алкильными заместителями, относятся к реликтовым соединениям, подтверждающим органическое происхождение нефти.
В высококипящих нефтяных фракциях обнаружены арены с четырьмя конденсированными кольцами — пирен, хризен и т.д. Гибридные углеводороды могут содержать 1-3 ароматических и несколько насыщенных колец. Имеются сообщения об идентификации алкилпроизводных аренов с 5—7 конденсированными ароматическими циклами: перилена,. С увеличением числа конденсировных колец содержание аренов в нефтях быстро уменьшается.
Ароматические углеводороды являются ценными компонентами в автобензинах (с высокими октановыми числами), но нежелательными и реактных и дизельных топливах. Моноциклические арены с длинными боковыми изопарафиновыми цепями придают смазочным маслам хорошие вязкотемпературные свойства. В этом отношении весьма нежелательны и подлежат удалению из масел полициклические арены без боковых цепей.
Индивидуальные ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы, этилбензол, изопропилбензол и нафталин — ценное сырье для многих процессов нефтехимического и органического синтеза, включая такие важные отрасли нефтехимической промышленности, как производство синтетических каучуков, пластмасс, синтетических волокон, взрывчатых, анилино-красочных и фармацевтических веществ.