Алканы нефтей. Лекция 1

Целью лекции является знакомство с физико-химическими свойствами алканов нефтей, их влиянием на свойства нефти и нефтепродуктов

План лекции
Содержание в нефтях и нефтяных фракциях.
Связь между физическими свойствами и строением алканов.
Химические свойства алканов.
Клатратные соединения с карбамидом и тиокарбамидом, изомеризация и дегидроциклизация алканов.
Превращения алканов при термическом крекинге, пиролизе, каталитическом крекинге и риформинге.
Основные понятия о механизме термических и каталитических превращений алканов.
Изопренаны и другие алканы-биомаркеры. Содержание в нефтях различных типов и фракциях.
Алканы как компоненты топлив для двигателей.

Содержание алканов в нефтях и нефтяных фракциях
Обычно содержание алканов в нефтях колеблется от 20 до 50%
Содержание алканов падает с увеличением температуры кипения фракции
В нефтях некоторых типов содержатся заметные количества сильно разветвленных алканов с регулярным расположением метилов в главной цепи. Это изопреноидные углеводороды или изопренаны. Их количество может достигать 3-4% на нефть

Связь между физическими свойствами и строением алканов

Связь между физическими свойствами и строением алканов

Химические свойства алканов

Клатратные соединения с карбамидом и тиокарбамидом

Изомеризация и дегидроциклизация алканов
Роль реакций изомеризации в промышленности:
Изомеризация н-бутана
Изомеризация н-пентана
Изомеризация пентан-гексановой фракции бензина
Изомеризация в процессах риформинга, гидрокрекинга, каталитического крекинга

Краткая характеристика вторичных процессов переработки нефти

Превращения алканов при термическом крекинге, пиролизе, каталитическом крекинге

Изопренаны и другие алканы-биомаркеры. Содержание в нефтях различных типов и фракциях

Алканы как компоненты топлив для двигателей
1. В карбюраторных топливах:
2. В дизельных топливах наиболее желательными являются влканы н-строения
3. В реактивных топливах алканы нормального строения должны отсутствовать

Рекомендуемая литература по освоению данной темы
Рябов В.Д. Химия нефти и газа: Учебник. - М., ИД Форум, 2004, c. 71-92, 171-191, 198-203? 234-249

Химия нефти и газа
Лекция 1, часть 3
«Нафтены нефтей»
Презентация к лекции для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело

Цель лекции: получить знания о составе, физических и химических свойствах нафтенов нефтей
План лекции:
1 Номенклатура и изомерия нафтенов
2 Связь между строением и физическими свойствами нафтенов
3 Содержание нафтенов в нефтях и нефтяных фракциях
4 Химические свойства нафтенов
5 Значение нафтенов как компонентов топлив, смазочных масел и сырья для химической переработки

Номенклатура и изомерия циклоалканов

Номенклатура и изомерия циклоалканов

Физические свойства
Температура кипения
Температура плавления
Показатели преломления
Октановое число

Циклоалканы, найденные в нефти

Из бициклоалканов в нефтях найдены конденсированные циклоалканы и их гомологи

Из трициклических циклоалканов в нефтях обнаружен лишь трицикло (3.3.1.1.3,7)декан (адамантан) и его гомологи
Молекула адамантана очень устойчивая. Кристаллическая решётка у него такая же, как у алмаза

Полициклические нафтены
Конденсированные 4-х и 5-ти членные циклы (стераны и тритерпаны) являются «биологическими метками», свидетельствующими о связи нефти с живой природой

Химические свойства нафтенов
Образование клатратных комплексов с тиомочевиной
NH2-CS-NH2

Химические свойства
Дегидрогенизация нафтенов

Химические свойства
Дегидрогенизация нафтенов

Химические свойства
Циклизация алкилпроизводных нафтенов

Химические свойства
Циклизация алкилпроизводных нафтенов

Химические свойства
Изомеризация нафтенов

Значение нафтенов как компонентов топлив
Углеводород ОЧ
(моторный метод)

Рекомендуемая литература по освоению данной темы
Рябов В.Д. Химия нефти и газа: Учебник. - М., ИД Форум, 2004, с. 92-109, 183-185, 206-210, 223, 238-241

Химия нефти и газа
Лекция 1, часть 4
«Ароматические углеводороды нефтей. Углеводороды смешанного строения»

Цель лекции: получить знания о составе, физических и химических свойствах аренов нефтей, углеводородов смешанного строения
План лекции:
Содержание аренов в нефтях и нефтяных фракциях.
Состав аренов различных фракций нефтей.
Связь физико-химических свойств аренов с их строением.
Химические свойства аренов
Арены как компоненты топлив.
Содержание в нефтяных фракциях углеводородов смешанного строения.
Влияние углеводородов смешанного строения на свойства нефтепродуктов.

арены могут содержать в молекуле наряду с ароматическими ядрами разнообразные по строению алифатические цепи, а также включать в состав молекулы другие (не содержащие ядер бензола) циклические группировки

Дизамещённые бензолы
Если заместители неодинаковы, то их перечисляют перед словом бензол в алфавитном порядке, о-пропилэтилбензол. Если один из заместителей отвечает монозамещенному бензолу с тривиальным названием (например, толуол), то дизамещенный бензол в этом случае называют как производное этого соединения

В отличие от диметилциклоалканов диметилбензолы являются плоскими и не имеют “цис-, транс-изомеров”
Если в одном кольце присутствуют два или более заместителей, их положение можно указать цифрами, учитывая, что номера атомов углерода, у которых расположены заместители, должны быть наименьшими

Полициклические арены
Углеводороды, в которых два или более бензольных кольца связаны простой связью, в соответствии с числом колец называют би-, тер - и т.д. фенилами
Ди- и полиарилалканы называются как арилзамещенные алканы

Для многих конденсированных аренов употребляются тривиальные названия:

Содержание аренов в нефтях и нефтяных фракциях
По содержанию аренов делятся на нефти, ароматические углеводороды которых:
концентрируются в высших фракциях
(ρ>0,9 г/см3)
концентрируются в основном в средних фракциях
сконцентрированы в легких фракциях
(до 300 °С)

Состав аренов различных фракций нефтей
В бензиновых фракциях содержатся гомологи бензола до С9 включительно.
Во фракциях 200-350 °С преобладают ди-, тризамещенные алкилбензолы, а также гомологи нафталина и дифенила
Во фракциях >350 °С содержатся гомологи бензола, нафталина, диарилалканы
В высших фракциях содержатся гомологи полициклических аренов с конденсированными кольцами (фенантрен, антрацен, хризен, пирен, бензпирен, перилен)

Арены имеют более высокие температуры кипения, чем соответствующие циклоалканы.
Арены растворяются в гликолях, метаноле, анилине, жидком SO2
Связь физико-химических свойств аренов с их строением

Химические свойства
Комплексообразование с пикриновой кислотой (пикратов)

Химические свойства
Сульфирование.

Химические свойства
Гидрирование

Химические свойства
Конденсация полиароматики с малеиновым ангидридом

Химические свойства
Конденсация полиароматики с малеиновым ангидридом

Химические свойства
Пербромирование

Химические свойства
Конденсация с формальдегидом

Арены как компоненты топлив
Арены являются желательными компонентами карбюраторных топлив, так как обладают высокими октановыми числами (толуол -103, этилбензол - 98).
Присутствие аренов в значительных количествах в дизельном и реактивном топливах ухудшает условие сгорания, и поэтому крайне нежелательно.
Полициклические арены с короткими боковыми цепями ухудшают эксплуатационные свойства масел и поэтому они из них удаляются.
Арены являются ценным сырьём для нефтехимического синтеза, при производстве синтетических каучуков, пластмасс, синтетических волокон, анилино-красочных и взрывчатых веществ, фармацевтических препаратов. Наибольшее значение имеют бензол, толуол, ксилолы, этилбензол, нафталин

Галоидирование. В зависимости от условий галоидирования можно получить продукты различной степени замещения

Из бензолсульфокислоты и хлорбензола сплавлением их со щёлочью получают фенол.
Основная область применения фенола - производство фенолформальдегидных смол.

Нитрование. При действии на бензол смесью концентрированных азотной и серной кислот получается нитробензол
Восстановлением нитробензола получают анилин
Большая часть анилина используется для производства полиуретановых пенопластов.

При полном нитровании толуола получают взрывчатое вещество тротил (2,4,6-тринитротолуол):

Алкилирование. В присутствии таких катализаторов как АlCl3, HF, H2SO4, HCl, BF3 арены вступают в реакцию алкилирования с алкенами, спиртами, галоидзамещёнными алканами. Таким способом в промышленности получают этилбензол и изопропилбензол

Каталитическим дегидрированием из этилбензола получают стирол, а из изопропилбензола - α-метилстирол - ценные мономеры, используемые в производстве каучуков и пластмасс

Деалкилирование и гидродеалкилирование.
В связи с тем, что наибольшее значение имеет бензол, его в настоящее время получают деалкилированием или гидродеалкилированием толуола

Арены (кроме бензола, нафталина и других голоядерных гомологов) легко вступают в реакции окисления. В ряду алкилпроизводных аренов устойчивость к окислению падает с увеличением длины и степени разветвления боковой цепи. При этом образуются кислые соединения. Эти свойства аренов широко используются в промышленности для получения кислородсодержащих производных

Наиболее устойчивыми к окислению кислородом воздуха являются бензол и нафталин. Однако и они в очень жёстких условиях (высокая температура, катализатор) окисляются с разрывом бензольного кольца

Содержание в нефтяных фракциях углеводородов смешанного строения

Влияние углеводородов смешанного строения на свойства нефтепродуктов
Гибридные углеводороды являются нежелательными компонентами смазочных масел, поскольку они ухудшают вязкостные свойства и уменьшают стабильность их против окисления