Переработка нефти - Суханов В.П.
Скачать (прямая ссылка):
H
H f H I H Г H I
I H-C-I I -C I I — C-I I -C-*H I
I H I H I H I H
бутан
В обычных условиях углеводороды от CH4 до C4Hi0 — газы, от С5Н12 до С15Н32 — жидкости (они входят в состав бензиновых, керосиновых и дизельных фракций), а углеводороды от Ci6H34 и выше (парафины) — твердые вещества.
Начиная с четвертого члена ряда — бутана C4Hi0 — возможно существование двух различно построенных соединений (изомеров):
CH3 - CH2 — CH2 — CH3 и CH3 — CH - CH3
н-бутан
CH3
изобутан
Для каждого последующего члена ряда количество изомеров все более возрастает. Так, для углеводородов состава СізН28 возможны 802 изомера, состава Ci4H30— 1858 и т. д. Все это показывает сложность химического состава нефти. Углеводороды изо-строения характеризуются разветвленной структурой и резко отличаются от соответствующих углеводородов нормального (линейного) строения по химическим и физическим свойствам. Это различие увеличивается еще больше, если количество атомов углерода различается даже на единицу. Например, гептан (н-С7Нів) нормального строения имеет октановое число, равное нулю, а изо-октан (изо-СвНів) — 100.
Нафтеновые углеводороды (цикланы). Общая формула CnH2n. Были открыты знаменитым русским химиком В. В. Марковниковым при изучении им кавказских нефтей.
По химическим свойствам нафтеновые углеводороды близки к парафиновым, но в отличие от них имеют циклическое строе-в. в. Марковников ние, например:
8
CH2
H2C-
HX-
-CH2
-CH2
H2C-
-CHj
CH2 CH2
іп2'
циклобутан
H2C CH2 і
"ч/ ¦ •
CH2
циклопентан
CH2
циклогексан
Для качества нефтей и нефтепродуктов особенно велико значение производных циклопентана и циклогексана.
Ароматические углеводороды (арены). Арены ряда бензола имеют общую формулу С«Н2п-б, например:
CH
HC
ч ;Jch
CH бензол CeH0
C-CH3
C-CH3
не ґ^\с»
CH
HC
CH
C-CH3
HC
CH
C-C2H6
CH
параксилол
(один из изомеров
ксилола)
CeH10
этилбеизол CeH10
Циклическое строение ароматических углеводородов в отличие от нафтеновых характеризуется наличием двойных связей в бензольном кольце (ом. бензол). Если в этом кольце один или несколько атомов водорода замещены метальной (— CH3) или этиль-ной (—C2H5) группой, то образуются другие ароматические углеводороды —чголуол, ксилолы и этилбензол. Они являются ценным сырьем для химической промышленности и производства высокооктановых бензинов.
Олефиновые (непредельные, ненасыщенные) углеводороды. Углеводороды ряда этилена имеют общую формулу CnHan, характеризуются наличием в молекуле двойной связи (этилен С2Н4, пропилен C3H6, бутилены 04H81 амилены С5Ню и т. д.) и бывают нормального и изостроения, например:
CH2=CH2 CH3-CH=CH2 CH3-CH2-CH = CH4
C=CH,
/
H3C изобутилен
этилен пропилен бутен-1
В нефтях они не содержатся, но составляют значительную часть продуктов, получаемых при термических и некоторых каталитических процессах переработки нефти. Эти углеводороды обладают большой реакционной способностью и являются сырьем для
9
производства таких важных продуктов, как полиэтилен, полипропилен, окиси этилена и пропилена и их производные.
Кроме олефиновых при переработке нефти образуются и более непредельные углеводороды, например диолефины, имеющие по две двойные связи. Такие углеводороды крайне нестабильны и потому в нефтепродуктах содержаться не должны. Но их (бутадиен С4Н6 и изопрены CsH8) специально получают из нефтяного сырья для производства синтетических ікаучуков и других продуктов.
Кислородсодержащие соединения. К ним относятся нафтеновые кислоты, фенолы и смолисто-асфальтеновые соединения.
Нафтеновые кислоты — это соединения, содержащие карбоксильную группу —СООН. Плотность их составляет 0,96— 1,05 г/см3, общая формула СиН2п~202. Нафтеновые кислоты представляют собой маслянистые жидкости с резким запахом. Содержатся они в керосиновых, дизельных и легких масляных дистиллятах нефти, коррозионно-агрессивны; из нефтяных фракций их удаляют выщелачиванием. Нафтеновые кислоты и их соли широко применяют в промышленности в качестве компонентов консистентных смазок, для пропитки тканей и обуви и др.
Фенолы содержатся только в некоторых нефтях и выделяются вместе с нафтеновыми кислотами при выщелачивании дистиллятов.
Смолисто-асфальтеновые соединения присутствуют в довольно значительных количествах (от следов до 25% и более). Это сложные высокомолекулярные вещества, содержащие кроме углерода (82—87,4%) и водорода (10,3—12,5%) кислород (до 2,5%), серу (0,8—7%) и азот (до 1%). Низкомолекулярные смолистые соединения частично перегоняются с нефтяными дистиллятами, а наиболее высокомолекулярные концентрируются в мазуте и особенно в гудроне -— остатках от перегонки нефти. Присутствие смол в нефтепродуктах придает им темный цвет, способствует коксо- и нагаро-образованию в цилиндрах двигателей. В светлых нефтепродуктах и маслах наличие смолисто-асфальтеновых соединений вредно, но в таких продуктах, как битум, кокс, изоляционные и пропиточные материалы, они являются необходимыми компонентами.
Обычно смолисто-асфальтеновые соединения подразделяют на: нейтральные смолы, растворимые в легком бензине; асфальтены (продукты полимеризации нейтральных смол и оксикислот), не растворимые в легком бензине, но растворимые в бензоле, хлороформе и сероуглероде; асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, имеющие кислый характер, не растворимые в легком бензине, но растворимые в спирте. Исследованиями Н. И. Черножукова и С. Э. Крейна показано, что нефтяные углеводороды окисляются одновременно в двух направлениях:
