Главная >> Химия 10 класс. Базовый уровень. Кузнецова

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

Нефть. Нефтепродукты

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, к бензину термического крекинга добавляют 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 определённого 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 объёмных процентах изооктана (2,2,4-триметилпентана) в смеси с н-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 путём 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 всё больше используется, например, 2-метил-2-пропанол.

Если крекинг вести при температуре 700 °С, то образуются лёгкие непредельные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические углеводороды (бензол, толуол). Такой вид крекинга называется пиролизом.

Пиролиз — эго разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре и обычном давлении.

Каталитический крекинг используется для получения светлых нефтепродуктов. При каталитическом крекинге происходит расщепление углеводородов при более низкой температуре (450-500 °С). В присутствии катализатора образуются углеводороды с разветвлённой цепью.

Каталитический крекинг имеет ряд преимуществ перед термическим:

• высокая скорость процесса (выше в 500-4000 раз);
• образуется бензин с большйм содержанием изоалканов и малым содержанием алкенов, так как происходит изомеризация углеводородов;
• большой выход газообразных продуктов, являющихся сырьём для органического синтеза;
• образуется бензин с высоким октановым числом и высокой стойкостью при хранении.

При каталитическом крекинге наряду с расщеплением тяжёлых углеводородов происходит изомеризация углеводородов:

В каталитическом крекинге в качестве катализаторов ранее применялись природные глины с содержанием оксида алюминия, сейчас — синтетические алюмосиликаты. Отрицательным моментом в этом процессе было то, что дорогой катализатор быстро покрывался нелетучими продуктами разложения углеводородов, закоксовывался и уже через несколько минут терял свою активность. Было принято очень важное инженерное решение — сконструированы установки, работающие по принципу циркуляции катализатора (из реактора катализатор непрерывно поступает в регенератор, где восстанавливает свою активность, и после этого вновь возвращается в реактор). Кроме того, процесс осуществляется по принципу «кипящего слоя» (рис. 81). Такой же принцип используется при производстве серной кислоты (см. учебник для 9 класса).

Каталитические методы переработки нефтепродуктов развиваются сейчас быстрыми темпами.

Следует остановиться на ещё одном очень важном способе переработки нефтепродуктов — риформинге. Риформинг проводится с целью получения индивидуальных ароматических углеводородов и водорода или бензина с повышенным содержанием аренов. В этом процессе в качестве катализатора используется платина.

Риформинг делится на следующие виды:

• ароматизация — получение индивидуальных аренов;
• облагораживание бензинов — получение бензина с высоким содержанием ароматических углеводородов.

Важнейшие реакции, проходящие при риформинге

1. Дегидроциклизация алканов:

2. Дегидрирование шестичленных и пятичленных циклоалканов:

3. Циклодегидрирование алкенов:

4. Деалкилирование ароматических углеводородов:

В основе этих процессов лежат химические реакции, разработанные русским учёным Н.Д. Зелинским.

Основные понятия

Перегонка нефти • Крекинг • Каталитический и термический крекинг • Детонационная стойкость • Пиролиз • Риформинг

Вопросы и задания

1. Чем отличается бензин прямой перегонки от бензина термического крекинга?

2. Чем отличается бензин термического крекинга от бензина каталитического крекинга?

3. Напишите уравнения химических реакций, которые могут происходить с углеводородом состава С₁₄Н₃₀ при крекинге нефти.

4. Запишите уравнения химических реакций, лежащих в основе риформинга.

5. Какой объём воздуха (н. у.) потребуется для сжигания 20 м³ природного газа, содержащего 93 % метана, 4 % этана и 3 % азота?

6. Подготовьте свои предложения о возможности улучшения химико-технологического процесса переработки нефти и повышения качества бензина.

<<< К началу параграфа