Главная >> Химия 10 класс. Профильный уровень. Кузнецова

Глава 15. Природные источники углеводородов и способы их переработки. Промышленный органический синтез

Нефть. Нефтепродукты

После отгонки из нефти светлых нефтепродуктов (бензина, керосина, лигроина) остается вязкая черная 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: веретенное, 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 темная масса — гудрон, который используется в производстве асфальта.

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

Проблема. Число средств автомобильного и авиационного транспорта растет с каждым годом. Бензин и керосин, получаемые при перегонке нефти, не могут удовлетворить все возрастающий спрос. Каким образом получить бензин, 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»).

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.

Рассмотрим схему вторичной переработки нефти (схема 10).

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 неразветвленной цепью атомов углерода.

В бензине термического крекинга содержится много алкенов, которые повышают детонационную стойкость, однако такой бензин менее стоек при хранении, так как алкены легко окисляются и полимеризуются. При сгорании такого бензина образуется нагар на стенках цилиндров, клапанах и других частях двигателя. Чтобы повысить стойкость при хранении, добавляют к бензину термического крекинга антиокислители, препятствующие его осмолению.

Детонация — взрывное сгорание бензина. Чтобы разобраться в этом явлении, давайте рассмотрим работу автомобильного двигателя внутреннего сгорания. В цилиндр двигателя засасывается смесь паров бензина с воздухом. Смесь сжимается поршнем до определенного давления и поджигается с помощью электрической искры. Чем сильнее сжимается эта смесь, тем большую мощность развивает двигатель и тем меньше он расходует горючего. Пары различных по структуре углеводородов по- разному выдерживают сильное сжатие. Многие из них при сжатии воспламеняются (взрываются ) преждевременно, в результате чего скорость распространения пламени достигает 1500-2500 м/с. Это приводит к резкому скачкообразному возрастанию давления в цилиндре, от удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре, мощность двигателя падает, происходит сильный износ деталей. Детонационная стойкость бензина измеряется октановым числом.

Октановое число — условная единица измерения, численно равная содержанию в объемных процентах изооктана (2,2,4-триметилпентана) в смеси с «-гептаном, которая детонирует при той же степени сжатия, что и топливо.

Например, бензин имеет октановое число 95, это значит, что он допускает такое же сжатие без детонации, как смесь, состоящая из 95% изооктана и 5% н-гептана. Октановое число бензина можно увеличить путем добавления тетраэтилсвинца — (С₂Н₅)₄Рb (этилирование). Однако следует учесть, что продукты сгорания такого горючего загрязняют окружающую среду токсичными соединениями свинца. Поэтому во многих странах действует запрет на использование этилированного бензина. Сейчас для улучшения свойств бензина все больше используется, например, 2-метилпропанол-2.

<<< К началу      Окончание >>>