По какому свойству веществ нефть разделяют на фракции
Фракции нефти определяются лабораторным путем, поскольку продукт содержит органические вещества, обладающие разным давлением насыщенных паров. О температуре кипения, как таковой, говорить нельзя, но вычисляется начальная точка и предел. Определенный интервальный промежуток кипения нефти +28-540°С. По нему определяется фракционный состав нефти. Он регламентирован стандартом ГОСТ 2177-99. За начало кипения принята температура, при которой появляется конденсат. Завершением кипения считается момент прекращения испарения паров. Лабораторные испытания проходят на перегонных аппаратах, где фиксируются устойчивые показания и выводится кривая температур кипения методом перегонки. Разделение нефти и нефтепродуктов на фракции до +200°С производится при атмосферном давлении. Остальные в более высоких температурах отбираются под вакуумом, чтобы не произошло разложения.
Методы определения фракционного состава нефтепродуктов
Фракционирование нефти необходимо, чтобы выбрать направления переработки сырьевой базы, узнать точное содержание базовых масел при перегонке нефти. На основании этого классифицируются все свойства фракций.
- Метод A — использование автоматических аппаратов для определения фракционного состава нефти и отдельных псевдокомпонентов. Колбы используются из термостойкого стекла, дно и стенки которых одинаковой толщины.
- Метод B – применение четырехгнездного, или шестигнездного аппарата. Колбы с круглым дном вместимостью 250 см3. Метод применяется только для разгонки темных нефтепродуктов.
Виды и свойства нефтяных фракций
Фракционный состав нефти определяется согласно российскому стандарту перегонки или ректификации, который соответствует разгонке Эглера. В основе разделение сложного состава углеводных газов на промежуточные элементы. На основе кипения высоких температур классифицируется 3 вида переработки нефти.
- Простая перегонка — во время испарения пар конденсирует.
- Дефлегмация — только высококипящие пары выделяют конденсат и возвращаются обратно в общую смесь в виде флегмы. Низкокипящие пары полностью испаряются.
- Ректификация — процесс соединения двух предыдущих видов обработки, когда достигается максимальная концентрация и конденсирование низкокипящих паров.
В процессе определения фракционного состава нефти и нефтепродуктов, а также их свойств, происходит разделение на следующие виды фракций:
- легкие (к этому типу относят бензиновую и петролейную) – выходят при температуре до 140°С при атмосферном давлении;
- средние (сюда относятся: керосиновая, дизельная, лигроиновая) при атмосферном давлении в интервале температур 140-350°С;
- при вакуумной переработке и температурах более 350°С получаются фракции, которые называют тяжелые (Вакуумный газойль, гудрон).
Фракции также делят на светлые (сюда относят легкие и средние) и темные или мазуты (это тяжелые фракции).
Фракции нефти таблица
А теперь подробнее об основных видах нефтяных фракций:
Петролейная фракция
Эфир или масло Шервуда — это бесцветная жидкость, которая состоит из пентана и гексана. Сразу испаряется при невысоких температурах. Является растворителем для создания экстрактов, топливо для зажигалок, горелок. Получается при температурах до + 100°С.
Бензиновая фракция
Бензиновая фракция нефти построена на сложной схеме углеродных соединений, которые выкипают при температуре + 140°С. Основное применение — используется для получения топлива к двигателям внутреннего сгорания и в качестве сырья в нефтехимии. В основе бензиновой фракции парафиновые вещества: метилциклопентан, циклогексан, метилциклогексан. Бензин содержит жидкие алканы в составе- природные, попутные, газообразные. Они подразделяются также на разветвленные и неразветвленные. Состав зависит от качественного соотношения компонентов сырья. Это говорит о том, что хороший бензин получается далеко не их всех сортов нефти. Ценность вида в том, что в процессе распада на соединения, образуются ароматические углеводороды, доля которых в сырьевой массе катастрофически мала.
Лигроиновая фракция
Подвид включает в себя тяжелые элементы. Насыщенность ароматическими углеводородами больше, чем у других соединений. Является компонентом для производства товарных бензинов, осветительных керосинов, реактивного топлива, органическим растворителем. Выступает как наполнитель бытовой техники. Химический состав: полициклические, циклические и ненасыщенные углеводороды. Отличается наличие серы, процент от общей массы которой зависит от месторождения, уровня залегания и качества сырьевого продукта.
Керосиновая фракция
Керосиновая фракция нефти — в первую очередь это топливо для реактивных двигателей. Используется в производстве лакокрасочной продукции и добавляется как растворитель в краску для стен и полов. Выступает сырьем в процессах синтеза веществ. Соединения углеводов с повышенным содержанием парафина. Наблюдается низкое содержание ароматических углеводов. Керосиновая фракция выделяется при атмосферной перегонке в пределах + 220°С.
Дизельная фракция
Подвид находит применение в изготовлении дизельного топлива для быстроходных видов транспорта, а также используется как вторичное сырье. В процессе обработки выделяется керосин, используемый для в лакокрасочной промышленности и приборостроении, изготовлении химии для автотранспорта. Преобладание смесей углеводородов нафтена. Для получения топлива, которые не застывает при -60°С, состав проходит карбамидную депарафинизацию. Это перемешивание всех компонентов в течение 1 часа и последующая фильтрация через воронку Бюхнера.
Мазут
Качественный состав смеси: масла смол, органические соединения с микроэлементами. Углеводородные компоненты: асфальтен, карбен, карбоид. При вакуумной перегонке из мазута производится гудрон, парафин, технические масла. Основное применение — жидкое топливо для котельных за характеристики вязкости. Топочный мазут подразделяется на 3 основных вида: флотский, средне-котельный и тяжелый. Последний применяется на ТЭЦ, средний вид — в котельных предприятий. Флотский — неотъемлемая часть работы судоходного транспорта.
Гудрон
Качество компонентов в процентном соотношении определяется так:
- Парафин, нафтен — 95%.
- Асфальтен — 3%.
- Смолы — 2%.
Вакуумный гудрон получается в результате завершения всех процессов разделения и перегонки. Температура выкипания + 500°С. На выходе получается вязкая консистенция черного цвета. Жидкостный состав используется в дорожном строительстве. Из него производят битумы для кровельных материалов. Гудрон необходим для создания кокса — продукта стратегического назначения. Компонент используется в изготовлении котельного топлива. В нем сконцентрирован самый большой процент тяжелых металлов, содержащихся в нефти.
Сырьевые показатели нефтепродуктов зависят от глубины залегания и вида месторождения. Это учитывается при формировании фракций нефти и достижения процентного соотношения компонентов.
Современная цивилизация строится на использовании углеводородов, в частности нефти и продуктов ее переработки. При этом значение данного полезного ископаемого не ограничивается лишь тем, что оно является источником моторного топлива. Напротив, существуют целые промышленные производства – нефтеперегонные и нефтехимические, которые имеют большое значение для экономики нашей страны, а продукты перегонки нефти в последующем используются практически в каждой отрасли народного хозяйства.
Массовое использование нефтепродуктов – явление, которое имеет свои корни в относительно недавнем прошлом. По сути, до XIX века нефтяные промыслы были единичными и использовали «черное золото» в основном в качестве освещения и отопления. Однако было вполне очевидно, что именно развитие нефтяной промышленности обеспечит технологический прорыв человечества. Недаром известный русский ученый Д. И. Менделеев сравнивал использование нефти для отопления со сжиганием для этих целей ассигнаций (бумажных денег).
В то же время следует понимать, что сырая нефть в чистом виде, которая добывается в скважинах, практически не имеет применения, по крайней мере, на сегодняшний день. Используются же продукты переработки, а для ее осуществления необходимо наличие развитых нефтеперерабатывающих мощностей.
Что такое фракционный состав нефти
Нефть – уникальное природное полезное ископаемое, которое представляет собой черную жидкость маслянистой консистенции, имеющую специфический вид и запах. На сегодняшний день нет единого научного мнения о ее происхождении в природе. Так, наиболее популярная теория гласит, что процессы нефтеобразования проходили миллионы лет, а само полезное ископаемое являет собой остатки органических веществ. Иными словами, нефть образовалась из очень древних живых организмов.
Несмотря на то что данная теория получила всеобщее признание, отдельные ученые заявляют, что этот природный ресурс имеет абиогенное происхождение. Иными словами, нефть есть результат химического и физического воздействия высоких температур и давления на неорганические вещества.
Это полезное ископаемое крайне неоднородно распространено по планете. Так, наиболее крупные месторождения приходятся на районы Персидского и Мексиканского заливов, Западную Сибирь, Каспий, Норвежское море и т. д. На сегодняшний день многие из них близки к исчерпанию, что заставляет правительства и нефтяные компании проводить усиленную геологоразведку и совершенствовать методы нефтедобычи для разработки более труднодоступных участков залегания ресурса.
Нефть имеет крайне сложный химический состав. По сути, она состоит из огромного количества различных соединений, обладающих разной молекулярной массой. На сегодняшний день не существует методик, которые бы позволили получать из нефти-сырца необходимый конечный продукт. Однако возможно разделение ее на фракции, углубленная переработка которых позволяет решить данную проблему.
По сути, фракция нефти представляет собой определенную группу соединений, объединенных общими химическими свойствами. Основной их особенностью выступает тот факт, что выкипают они только в определенном температурном интервале. Это их свойство позволяет осуществлять процесс ректификации, то есть первичной перегонки нефти. При использовании различных методов очистки происходит вторичная перегонка для получения более качественного продукта.
В соответствии со стандартами, принятыми в нефтеперерабатывающей промышленности, существует определенная градация фракций. Так, они бывают:
- Легкими.
В их число входят петролейная и бензиновая фракции. Они образуются при температуре до +140 градусов.
- Средние.
Считаются лигроиновые, керосиновые и дизельные. Вместе с легкими они относятся к светлым нефтяным фракциям.
- Тяжелые.
При высокой температуре, составляющей более +350 градусов, и в условиях вакуума образовывается мазут (темная фракция). Из него путем углубленной перегонки получают вакуумный газойль, а также гудрон в качестве остатка.
Виды и свойства нефтяных фракций
Современные методы нефтепереработки позволяют проводить ректификацию сырой нефти для получения соответствующих фракций. Они имеют разные физико-химические свойства и, соответственно, применяются в различных отраслях промышленности и сферах народного хозяйства. Разберем каждую фракцию более подробно.
Петролейная
Является наиболее быстровыкипаемой фракцией и выделятся при ректификации одной из первых. Также она известна под некоторыми другими названиями. Несколько устаревшим среди них является термин «петролейный эфир», что говорит о летучести и легкости этих нефтяных соединений. Название «масло Шервуда» более распространено в западных странах.
Петролейный эфир состоит из легких углеводородов, преимущественно пентанов и гексанов. По своему внешнему виду он представляет собой несколько маслянистую совершенно бесцветную жидкость, плотность которой довольно низкая.
Температуры, при которых происходит выделение петролейной фракции, также весьма небольшие и составляют от +45°С до +70°С для легкого эфира и от +70°С до +100°С для тяжелого.
Масло Шервуда используется, в первую очередь, в качестве растворителя, в том числе и в нефтеперерабатывающей промышленности, а также представляет собой довольно экологичное и дешевое топливо для небольших горелок и зажигалок.
Бензиновая
Состав бензиновой фракции намного более сложный по сравнению с петролейной. В ее числе элементы на парафиновой основе, такие как: циклогесксан, метилциклопент и некоторые другие. В целом, имеется более 200 различных химических веществ.
Следует отметить, что количество различных видов углеводородов в составе бензиновых соединений может быть различным, равно как и октановое число. Оно непосредственно зависит от качества нефти из конкретного месторождения. Для повышения качества конечного продукта нередко используется нефтяная смесь.
Получают соединения бензинового типа при температуре от +100°С до +140°С.
Продукты углубленной переработки используются для получения топлива для двигателей внутреннего сгорания (тот же автомобильный бензин), а также ароматических эфиров, используемых в нефтехимической промышленности.
Лигроиновая
За счет того, что содержание нафтенов в ней значительно превышает количественное число парафинов, эта фракция также известна под названием «нафта». Кроме этого, она содержит большое количество ароматических эфиров.
Температура, при которой возможно вскипание нафты, составляет от +140°С до +180°С. Здесь же следует отметить, что в ее составе довольно большое естественное содержание серы.
Лигроиновые фракции используют для того, чтобы получить керосин и реактивное топливо. Кроме этого, из тяжелой нафты получается бензин с высоким октановым числом. В промышленности ее используют в качестве растворителя.
Любопытный факт, что до того момента, как стали использовать специальное дизельное топливо, именно нафта применялась для изготовления топливных смесей для тракторов, грузовиков и проч.
Керосиновая
В состав керосиновой фракции входят углеводородные соединения с углеродным числом от 6 до 12. При этом в ней отмечается повышенное содержание изопарафинов. И, напротив, содержание ароматических углеводородов относительно низкое.
Получают ее при температуре от +180°С до 315°С.
Данная фракция является основной для получения качественного реактивного топлива, для чего используется метод гидрокрекинга.
Кроме этого, она применяется для изготовления керосина, получаемого в качестве топлива для осветительных фонарей, а также уайт-спирита – широко распространенного в промышленном производстве растворителя.
Дизельная
Дизельное топливо получают из нефти при температуре кипения от +220°С до +350°С. Применяется в дизельных двигателях. В своем составе содержит циклогексаны и циклопентаны. Отмечается большое количество нафтенов при небольшом содержании ароматических углеводородов. В зависимости от качества нефти в дизельном топливе может присутствовать небольшое число органических веществ.
Следует отметить, что двигатели подобного типа используются в транспортных средствах, которые применяются для работы в довольно суровых климатических условиях. При низких температурах дизельное топливо может застыть. Чтобы этого не произошло, при нефтеперегонке используются методы дополнительной дефрагментации для снижения количества содержания в нем нафтенов. Также качество дизеля повышается за счет применения катализаторов гидроочистки, что, впрочем, относится ко всем легким фракциям.
Мазут
Открывает класс тяжелых нефтяных фракций. Его получают при температуре от +350°С до +500°С. При этом используется метод вакуумной перегонки.
Мазут представляет собой вязкую субстанцию с температурой застывания от +10°С до +40°С.
Его состав многокомпонентен. Так, имеются сложные углеводороды с молекулярной массой до 1000. Кроме этого, присутствуют нефтяные смолы. Имеются органические соединения.
Практическое использование мазута зависит от степени его вязкости. Согласно стандартам по этим критериям выделяются три его вида. Все из них используются в качестве топлива на ТЭЦ и небольших теплоподстанциях.
Гудрон
Эта фракция являет собой остаток после выкипания всех остальных. Гудрон содержит большое количество всевозможных примесей и тяжелых металлов. Кроме этого, в его составе имеются парафины, нафтены, ароматические углеводороды невысокого качества.
Остаток после ректификации нефти имеет широкое промышленное применение. Так, из него делают технологический кокс и битум, которые используются при строительстве автодорог и в строительной сфере.
Методы определения фракционного состава нефтепродуктов
Такое сложное по своему составу полезное ископаемое как нефть имеет разное качество. Оно зависит от конкретного месторождения. Кроме этого, даже в пределах одного из них нефть в разных слоях залегания также имеет неоднородный состав. В этой связи анализ фракционного состава нефтепродуктов имеет принципиальное значение в нефтеперерабатывающей промышленности.
Сегодня на территории стран СНГ действует единый стандарт этой процедуры, установленный межгосударственным ГОСТом 2177-99, который полностью соответствует международному ISO 3405-88.
Так, выделяется два метода определения наличия фракционного состава нефти.
- Метод А.
Применяется для легких фракций нефти. Для этого используется специальный прибор, который изготовлен из особого закаленного стекла, способный выдержать высокую температуру.
Сам метод заключается в планомерном нагревании испытуемого образца (примерно 100 мл нефтепродукта). При этом при помощи специальных формул и графиков фиксируется начало и окончание парообразования, а также объем полученного продукта в рамках каждого температурного диапазона.
- Метод Б.
Принцип проведения исследования аналогичен тому, что используется в методе А, однако в качестве оборудования используются специальные приборы, которые создают крайне высокие температуры в условиях вакуума. Применяется для определения состава тяжелых фракций.
01.11.2019
Нефть
и нефтепродукты, их применение
Нефть– это маслянистая жидкость
от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным неприятным запахом.
Нефть легче воды и не растворима в ней. Она встречается во многих местах
земного шара, пропитывая пористые горные породы на различной глубине.
У нефти есть
удивительная способность – образовывать на поверхности воды тончайшие пленки:
чтобы покрыть микронной пленкой 1 км2 требуется всего 10 л нефти.
Большой вред
приносит загрязнение нефтью и нефтепродуктами водоемов.
Состав:
Нефть – смесь
газообразных, жидких и твердых углеводородов. Кроме углеводородов в нефти еще
содержатся в небольшом количестве органические соединения, содержащие O, N,S и др. Имеются также высокомолекулярные соединения в виде смол и
асфальтовых веществ.
(всего более 100
различных соединений)
Состав нефти еще
зависит от месторождения. Но все они обычно содержат три вида углеводородов:
-парафины,
в основном нормального соединения,
-циклопарафины,
-ароматические
углеводороды.
По мнению
большинства ученых, нефть представляет собой геохимически измененные остатки
некогда населявших земной шар растений и животных. Эта теория органического происхождения нефти подкрепляется тем, что в
нефти содержатся некоторые азотистые вещества – продукты распада веществ,
присутствующих в тканях растений. Есть и теории
о неорганическом происхождении нефти: образовании ее в результате действия
воды в толщах земного шара на раскаленные карбиды металлов (соединения металлов
с углеродом) с последующим изменением получающихся углеводородов под влиянием
высокой температуры, высокого давления, воздействия металлов, воздуха, водорода
и др.
При добыче из нефтеносных пластов, залегающих в земной коре иногда на глубине
нескольких километров, нефть либо выходит на поверхность под давлением
находящихся на нем газов, либо выкачивается насосами.
|
Геологический разрез |
Нефтяная отрасль
промышленности сегодня – это крупный народно-хозяйственный комплекс, который
живет и развивается по своим законам. Что значит нефть сегодня для народного
хозяйства страны? Нефть – это сырье для нефтехимии в производстве
синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы
различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; источник
для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных
топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных
материалов (битумы, гудрон, асфальт); сырье для получения ряда белковых
препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его
роста.
Нефть – наше национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее
экономики. Нефтяной комплекс России включает 148 тыс. нефтяных скважин, 48,3
тыс. км магистральных нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов общей
мощностью более 300 млн т/год нефти, а также большое количество других
производственных объектов.
На предприятиях нефтяной отрасли промышленности и обслуживающих ее отраслей
занято около 900 тыс. работников, в том числе в сфере науки и научного обслуживания
– около 20 тыс. человек. За последние десятилетия в структуре топливной отрасли
промышленности произошли коренные изменения, связанные с уменьшением доли
угольной отрасли промышленности и ростом отраслей по добыче и переработке нефти
и газа. Если в 1940 г. они составляли 20,5%, то в 1984 г. – 75,3% от суммарной
добычи минерального топлива. Теперь на первый план выдвигается природный газ и
уголь открытой добычи. Потребление нефти для энергетических целей будет
сокращено, напротив, расширится ее использование в качестве химического сырья.
В настоящее время в структуре топливно-энергетического баланса на нефть и газ
приходится 74%, при этом доля нефти сокращается, а доля газа растет и
составляет примерно 41%. Доля угля 20%, оставшиеся 6% приходятся на
электроэнергию.
|
Из нефти вырабатывают |
Первичная
переработка нефти
Переработку
нефти впервые начали братья Дубинины на Кавказе. Первичная переработка нефти
заключается в ее перегонке. Перегонку производят на нефтеперерабатывающих
заводах после отделения нефтяных газов. Нефть нагревают в трубчатой печи до 350 С, образовавшиеся пары вводят в ректификационную колонну снизу. Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями — тарелки.
Из нефти
выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Сначала
из нее удаляют растворенные газообразные углеводороды (преимущественно метан).
После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в
парообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов
углерода в молекуле, имеющие относительно низкую температуру кипения. С
повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой
температурой кипения. Таким образом, можно собрать отдельные смеси (фракции)
нефти. Чаще всего при такой перегонке получают четыре летучие фракции, которые
затем подвергаются дальнейшему разделению.
Основные фракции нефти следующие:
• Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200 °С, содержит
углеводороды от С5Н12 до С11Н24.
При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают газолин (tкип
= 40–70 °С), бензин
(tкип = 70–120 °С) – авиационный, автомобильный и т.д.
• Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С,
содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.
Лигроин применяется как горючее для тракторов. Большие количества лигроина
перерабатывают в бензин.
• Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26
до С18Н38 с температурой кипения от 180 до 300 °С.
Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов,
реактивных самолетов и ракет.
• Газойлевая фракция (tкип > 275 °С),
по-другому называется дизельным топливом.
• Остаток после перегонки нефти – мазут – содержит углеводороды с
большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также
разделяют на фракции перегонкой под уменьшенным давлением, чтобы избежать
разложения. В результате получают соляровые масла (дизельное топливо), смазочные
масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и др.), вазелин
(технический вазелин применяется для смазки металлических изделий с целью предохранения
их от коррозии, очищенный вазелин используется как основа для косметических
средств и в медицине). Из некоторых сортов нефти получают парафин (для
производства спичек, свечей и др.). После отгонки летучих компонентов из мазута
остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве. Кроме
переработки на смазочные масла мазут также используют в качестве жидкого
топлива в котельных установках.
Термический и каталитический крекинг. Риформинг –
вторичная переработка нефти
Бензина, получаемого при перегонке нефти, не хватает
для покрытия всех нужд. В лучшем случае из нефти удается получить до 20%
бензина, остальное – высококипящие продукты. В связи
с этим перед химией стала задача найти способы получения бензина в большом
количестве. Удобный путь был найден с помощью созданной А.М.Бутлеровым теории
строения органических соединений. Высококипящие продукты разгонки нефти
непригодны для употребления в качестве моторного топлива. Их высокая
температура кипения обусловлена тем, что молекулы таких углеводородов
представляют собой слишком длинные цепи. Если расщепить крупные молекулы,
содержащие до 18 углеродных атомов, получаются низкокипящие продукты типа
бензина. Этим путем пошел русский инженер В.Г.Шухов, который в 1891 г.
разработал метод расщепления сложных углеводородов, названный впоследствии
крекингом (что означает расщепление).
|
В.Г.Шухов |
Сущность
крекинга заключается в том, что при нагревании происходит расщепление крупных
молекул углеводородов на более мелкие, в том числе на молекулы, входящие в
состав бензина. Обычно расщепление происходит примерно в центре углеродной цепи
по С—С-связи, например:
С16Н34
→ С8Н18 + С8Н16
гексадекан октан октен
Однако разрыву могут подвергаться и другие С—С-связи.
Поэтому при крекинге образуется сложная смесь жидких алканов и алкенов.
Получившиеся вещества частично могут разлагаться
далее, например:
С8Н18
→ С4Н10 + С4Н8
октан бутан бутен
С4Н10
→ С2Н6 + С2Н4
бутан этан
этилен
Такой
процесс, осуществляемый при температуре около 470°С — 550°С и небольшом
давлении, называется термическим
крекингом. Этому процессу обычно подвергаются высококипящие
нефтяные фракции, например, мазут. Процесс протекает медленно, при этом
образуются углеводороды с неразветвлённой цепью атомов углерода.
Бензин,
получаемый термическим крекингом, невысокого качества, не стоек при хранении,
он легко окисляется, что обусловлено наличием в нём непредельных углеводородов.
Однако, детонационная стойкость (взрывоустойчивость, характеризующаяся октановым
числом) такого бензина выше, чем у бензина прямой перегонки из-за большого
содержания непредельных углеводородов. При использовании, к бензину необходимо
добавлять антиокислители, чтобы защитить двигатель.
Коренным
усовершенствованием крекинга явилось внедрение в практику процесса каталитического
крекинга. Этот процесс был впервые осуществлен в 1918 г. Н.Д.Зелинским.
|
Н.Д.Зелинский |
Каталитический
крекинг позволил получать в крупных масштабах авиационный бензин.
Его проводят в присутствии катализатора
(алюмосиликатов: смеси оксида алюминия и оксида кремния) при температуре 450 —
500°С и атмосферном давлении. Обычно каталитическому крекингу подвергают
дизельную фракцию. При каталитическом крекинге, который осуществляется с
большой скоростью, получается бензин более высокого качества, чем при
термическом крекинге. Это связано с тем, что наряду с реакциями расщепления
происходят реакции изомеризации алканов нормального строения.
Кроме того, образуется небольшой процент
ароматических углеводородов, улучшающих качество бензина.
Бензин каталитического крекинга более
устойчив при хранении, так как в его состав входит значительно меньше
непредельных углеводородов по сравнению с бензином термического крекинга,
обладает ещё большей детонационной стойкостью, чем бензин термического
крекинга.
Таким образом, высокое качество бензина,
получаемого каталитическим крекингом, обеспечивается наличием в его составе
разветвленного строения углеводородов и ароматических углеводородов.
Основным способом переработки нефтяных фракций являются различные виды
крекинга. Впервые (1871–1878) крекинг нефти был осуществлен в лабораторном и
полупромышленном масштабе сотрудником Петербургского технологического института
А.А.Летним. Первый патент на установку для крекинга заявлен Шуховым в 1891 г. В
промышленности крекинг получил распространение с 1920-х гг.
Крекинг – это термическое разложение
углеводородов и других составных частей нефти. Чем выше температура, тем
больше скорость крекинга и больше выход газов и ароматических углеводородов.
Крекинг нефтяных фракций кроме жидких продуктов дает первостепенно важное сырье
– газы, содержащие непредельные углеводороды (олефины).
Различают следующие основные виды крекинга:
жидкофазный (20–60 атм,
430–550 °С), дает непредельный и насыщенный бензины, выход бензина порядка
50%, газов 10%;
парофазный
(обычное или пониженное давление, 600 °С), дает
непредельно-ароматический бензин, выход меньше, чем при жидкофазном крекинге,
образуется большое количество газов;
пиролиз нефти –
разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре
(обычное или пониженное давление, 650–700 °С), дает смесь ароматических
углеводородов (пиробензол), выход порядка 15%, более половины сырья
превращается в газы;
деструктивное гидрирование
(давление водорода 200–250 атм, 300–400 °С в присутствии катализаторов –
железа, никеля, вольфрама и др.), дает предельный бензин с выходом до 90%;
каталитический крекинг
(300–500 °С в присутствии катализаторов – AlCl3,
алюмосиликатов, МоS3, Сr2О3 и др.), дает
газообразные продукты и высокосортный бензин с преобладанием ароматических и
предельных углеводородов изостроения.
В технике большую роль играет так называемый каталитический риформинг –
превращение низкосортных бензинов в высокосортные высокооктановые бензины или
ароматические углеводороды.
Основными реакциями при крекинге являются реакции расщепления углеводородных
цепей, изомеризации и циклизации. Огромную роль в этих процессах играют
свободные углеводородные радикалы.
Коксохимическое
производство
и проблема получения жидкого топлива
Запасы каменного
угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь –
важнейший вид сырья для химической отрасли промышленности.
В настоящее время в промышленности используется несколько путей переработки
каменного угля: сухая перегонка (коксование, полукоксование), гидрирование,
неполное сгорание, получение карбида кальция.
|
Сухая перегонка каменного |
Сухая
перегонка угля используется для получения кокса в металлургии или бытового
газа. При коксовании угля получают кокс, каменноугольную смолу, надсмольную
воду и газы коксования.
Каменноугольная смола содержит самые разнообразные ароматические и
другие органические соединения. Разгонкой при обычном давлении ее разделяют на
несколько фракций. Из каменноугольной смолы получают ароматические
углеводороды, фенолы и др.
Газы коксования содержат преимущественно метан, этилен, водород и оксид
углерода(II). Частично их сжигают, частично перерабатывают.
Гидрирование угля осуществляют при 400–600 °С под давлением водорода до
250 атм в присутствии катализатора – оксидов железа. При этом получается жидкая
смесь углеводородов, которые обычно подвергают гидрированию на никеле или
других катализаторах. Гидрировать можно низкосортные бурые угли.
|
Использование |
Карбид
кальция СаС2 получают из угля (кокса, антрацита) и извести. В
дальнейшем его превращают в ацетилен, который используется в химической отрасли
промышленности всех стран во все возрастающих масштабах.
Дополнительно:
Сравнительная характеристика бензинов
«Бензин: состав и октановое
?