Главная >> Химия 10 класс. Базовый уровень. Кузнецова

Глава 12. Природные источники и способы переработки углеводородов. Промышленный органический синтез

§ 37. Нефть. Нефтепродукты

В настоящее время развитие органической химии даёт возможность получать (искусственно синтезировать) все вещества, которые встречаются в живой природе. Однако многие из них, в первую очередь — углеводороды, выгоднее получать из природных источников.

Природными источниками углеводородов являются нефть, каменный уголь, природный газ. Более 90 % добываемых углеводородов сжигается в двигателях внутреннего сгорания, в топках тепловых электростанций для обогрева жилых помещений. Это большое расточительство. Природные углеводороды — сырьё для промышленного органического синтеза.

Какая информация о нефти вам уже известна?
Перечислите физические свойства нефти.
Назовите нефтепродукты, их состав и применение.

Физические свойства нефти

Нефть — маслянистая жидкость, от светло-бурого до почти чёрного цвета, с характерным запахом. Залегает в толще земной коры на разных глубинах. Она немного легче воды (ρ = 0,73-0,97 г/см³) и практически в ней не растворяется.

Нефть представляет собой сложную смесь различных, в основном жидких, углеводородов (алканов, циклоалканов и ароматических), в которых растворены твёрдые и газообразные углеводороды. Поэтому она не имеет постоянной температуры кипения. Состав нефти различается в зависимости от месторождения. Например, бакинская нефть богата циклоалканами, грозненская — предельными углеводородами. Кроме углеводородов нефть содержит органические соединения, включающие кислород, серу, азот.

Нефтепродукты и их применение

Сырую нефть в промышленности обычно не применяют. Она широко используется как источник химического сырья. Для получения ценных продуктов на нефтеперерабатывающих заводах нефть подвергают переработке. Сначала её очищают, а затем производят первичную переработку — перегонку нефти — разделение нефти на фракции, каждая из которых представляет собой смесь углеводородов (бензин, лигроин, керосин и др.) с определёнными интервалами температуры кипения. В таблице 20 указаны фракции, на которые обычно разгоняют нефть.

Перегонка нефти — это физический процесс.

Прямой перегонке подвергается вся добываемая нефть. Основными аппаратами при перегонке нефти являются трубчатая печь для нагревания нефти и ректификационная колонна (рис. 79).

Сырая нефть содержит большое количество растворённых в ней попутных нефтяных газов и лёгких углеводородов, которые при хранении нефти могут выделяться (при этом меняется состав нефти). Чтобы уменьшить потери и предотвратить загрязнение атмосферы, их предварительно извлекают из нефти до её переработки. Этот процесс получил название стабилизации нефти.

Нефть нагревают в трубчатой печи до температуры 350 °С, образовавшиеся пары вводят в ректификационную колонну снизу, где продолжают нагрев до кипения. Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями — барботажные колпачковые колонны тарельчатого типа (рис. 80). Пары нефти, поднимаясь вверх, проходят через отверстия в тарелках, постепенно охлаждаются и сжижаются на определённых тарелках в зависимости от температуры кипения. Чем выше расположена тарелка, тем меньшую температуру кипения имеет конденсированная на ней жидкость. Менее летучие углеводороды сжижаются на первых тарелках, образуя газойлевую фракцию, более летучие углеводороды поднимаются вверх и образуют керосиновую фракцию, ещё выше сжижаются углеводороды лигроиновой фракции, и самые лёгкие углеводороды образуют бензиновую фракцию. Таким образом из ректификационной колонны отбираются дистилляты. Часть бензина подаётся обратно в колонну, что способствует охлаждению и конденсации поднимающихся углеводородов. Отобранные дистилляты проходят через холодильник и отводятся как товарные продукты.

После отгонки из нефти светлых нефтепродуктов (бензина, керосина, лигроина) остается вязкая чёрная жидкость — мазут. Мазут также является ценным нефтепродуктом — он представляет собой смесь углеводородов с большим числом атомов углерода. Его подвергают дополнительной переработке в вакуумной установке, нагревают выше 350 °С и перегоняют под уменьшенным давлением, чтобы предупредить разложение углеводородов. Перегонка нефти осуществляется в основном на двухступенчатых (атмосферно-вакуумных) установках, в которых одна ступень работает при атмосферном давлении, другая — при давлении 5-8 кПа.

При переработке мазута выделяют смазочные масла: веретённое, машинное, цилиндровое и др. Из мазута некоторых сортов нефти получают вазелин и парафин. Мазут применяют и в качестве жидкого топлива в котельных установках.

После отгонки мазута остается нелетучая тёмная масса — гудрон, который используется в производстве асфальта.

При перегонке нефти получают от 5 до 20 % главного её продукта — бензина.

Проблема. Число средств автомобильного и авиационного транспорта растёт с каждым годом. Бензин и керосин, получаемые при перегонке нефти, не могут удовлетворить всё возрастающий спрос. Каким образом получить бензин и керосин дополнительно?

В 1891 г. русским инженером В.Г. Шуховым был найден дополнительный источник получения бензина из высококипящих фракций нефти — химический способ переработки нефти. При высокой температуре происходит расщепление углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Этот процесс называется крекингом (от англ. cracking — «расщепление»). Химизм высокотемпературного крекинга предельных углеводородов рассмотрен далее.

Крекинг — вторичный процесс переработки нефтепродуктов. Это процесс термического или каталитического расщепления молекул углеводородов, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

Термический крекинг проводится при температуре 420-550 °С и давлении до 5 МПа. Термический крекинг используется для получения котельного топлива из гудрона, высокоароматизированного сырья и т. д.

При термическом крекинге происходит разрыв углеродных цепей и образуются более простые предельные и непредельные углеводороды:

Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвлённой цепью атомов углерода.

Окончание параграфа >>>