Нефть. Её состав. Термический и каталитический крекинг

Состав и физические свойства
Нефть — сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы, главным образом жидких.
В состав нефти входит 3 вида углеводородов:
Парафины
Циклопарафины
Ароматические углеводороды

Нефть содержит сотни различных соединений.
Соотношения этих углеводородов в нефти различных месторождений колеблются в широких пределах.
Нефть Мангышлака богата предельными углеводородами.
Нефть в районе Баку – циклопарафинами.
Уральская нефть содержит ароматические углеводороды.
Также в состав входят в меньших количествах:
Кислород
Азот
Сера
другие элементы
Высокомолекулярные соединения (ВМС)
Смолы
Асфальтовые вещества.

Физические свойства нефти
Маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом.
Легче воды (плотность от 0,73 – 0,97 г\см3), в воде практически нерастворима.
Нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения.

Нахождение в природе. Месторождения.
Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением, то поднимается по скважине на поверхность Земли. По запасам и добыче нефти наша страна занимает первое место в мире. Важнейшие месторождения:
Западная Сибирь – Самотлор
Западный Казахстан
Север Европейской части России.

Первичная переработка нефти - перегонка
Фракции (дистилляты) – светлые нефтепродукты:
Бензин – содержащий углеводороды С5 – С11, кипящие в интервале от 40° до 200° С
Лигроин, содержащий углеводороды С8-С14 с температурой кипения от 150° до 250° С
Керосин, включающий углеводороды С12 – С18 с температурой кипения от 180° до 300° С
Газойль (t > 275° С)
Мазут – вязкая черная жидкость, содержит углеводороды с большим числом атомов углерода в молекуле, разделяют на фракции путем дополнительной переработки.

Установка перегонки нефти.
Температура печи 320° – 350° С
Ректификационная колонна высотой 40 м.
Горизонтальные перегородки с отверстиями – тарелки
Главный недостаток – малый выход бензина (не более 20%).

Применение продуктов перегонки нефти
Бензин – авиационное и автомобильное топливо, как растворитель (масла, каучука), для очистки тканей.
Лигроин – дизельное топливо; растворитель в лакокрасочной промышленности; используется для переработки в бензин.
Керосин – горючее для реактивных и тракторных двигателей; бытовых нужд.
Газойль – горючее для дизелей.

Применение продуктов перегонки нефти
Из мазута выделяют:
Соляровое масло – моторное топливо.
Смазочные масла - смазка механизмов (автотракторные, авиационные).
Вазелин – основа для косметических средств и лекарств.
Из некоторых сортов нефти получают парафин – для получения высших карбоновых кислот; для пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина.
Гудрон (нелетучая темная масса) – для получения асфальта.
Мазут – в качестве котельного жидкого топлива.

Вторичные методы переработки нефти
Возрастание спроса на бензин
Использование в качестве химического сырья.
КРЕКИНГ (расщепление) – процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества.
При этом происходит расщепление углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой.

Химизм крекинга
С16Н18 ? C8H18 + C8H16
Образовавшиеся вещества могут разлагаться дальше:
C8H18? C4H10 + C4H8
C4H10?C2H6 + C2H4
Или
C4H10? C3H6 + CH4
Подобные реакции приводят к образованию газообразных веществ.
Механизм крекинга – свободно-радикальный.

Вторичная переработка (крекинг)
(Шухов, Гаврилов 1891)
Термический
t 450-550°C, P 2-7мПа
Жидкое состояние
алканы < алкены
СnH2n+2 СnH2n
нормального строения, детонационная стойкость, но менее стоек при хранении ? окисляется ? осмоляются и засоряют бензопровода и полимеризуется – антиокислители.
Каталитический
t 450-500°
Катализатор:AI2O3*nSiO2,
Большая скорость процесса
изомеризация

Детонационная способность
Детонация – чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя.
Наибольшей стойкостью к детонации обладают парафины нормального строения. Углеводороды разветвленные, а так же непредельные и ароматические устойчивы к детонации.
Способность бензина к детонации определяется октановым числом. Октановое число определяется содержанием изооктана и н-гептана
Детонация изооктана равна 100, а н-гептана – 0.

Риформинг- ароматизация

«Нефть не топливо, топить можно и ассигнациями!» Д.И. Менделеев.
Нефтехимическая промышленность
Каучуки? резина? шины для автомобилей, самолётов, колёсных тракторов.
Жирные кислоты, моющие средства
Пиролизом насыщенных углеводородов получают этилен, ацетилен и другие непредельные углеводороды. Из этилена получают: спирт, винилхлорид, стирол, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и ряд других веществ и материалов.
Ароматические углеводороды, органические кислоты, гликоли, сырье для производства химических волокон, удобрения.
Взрывчатые вещества, лекарственные мази, мази для приготовления парфюмерных изделий, растворители.
Методом микробиологической депарафинизации нефти получают белково-витаминные концентраты, которые после соответствующей очистки пригодны для откорма сельскохозяйственных животных.

Экологические последствия
нефтяного загрязнения
Нарушение
обмена в
системе океан
- атмосфера
Нарушение
процесса
фотосинтеза
Гибель
водоплавающих
птиц,
млекопитающих
и рыб
Накопление
канцерогенов
по цепям
питания,
отравление
человека
Появление
уродливых,
нежизне -
способных
особей
Гибель
в первую
очередь икры,
мальков,
молоди рыб

Как же нефть попадает в море?
В результате аварий танкеров, перевозящих нефть, и морских платформ, с которых ведутся разведочные и эксплуатационные буровые работы. Каждая катастрофа нефтяного танкера становится настоящим экологическим бедствием для соседних с местом аварии стран.
Впрочем, в три раза больше нефти, чем при авариях, попадает в воду при промывке опорожненных цистерн танкеров и сбросе этой воды прямо за борт, в четыре раза больше — с выбросами нефтехимических заводов и в результате аварий на буровых скважинах.
Множество нефтяных отходов приносят в океан реки.
Свою лепту в загрязнение Мирового океана вносят и заводы, и крупные города, и автомобилисты, и моряки, сбрасывающие прямо за борт балластные и очистные воды...
Самыми грязными считаются воды Атлантического океана, Средиземного моря и не­которые участки их береговой линии.

Контрольные вопросы
При ректификации нефти выделена фракция, содержащая углеводороды от С5Н12 до С11Н24. Эта фракция называется:
а) бензин б) лигроин
в) керосин г) газойль (дизельное топливо)
2. Исключите лишнее понятие:
а) фракционная перегонка б) термический крекинг
в) коксование г) каталитический крекинг
3. Продуктами ректификации нефти являются: 1) керосин, 2) мазут, 3) бензин, 4) лигроин, 5) дизельное топливо. Расположите эти продукты в порядке увеличения температуры кипения:
а) 2, 5, 1, 4, 3. б) 4, 3, 1, 5, 2. в) 1, 3, 5, 4, 2. г) 3, 4, 1, 5, 2.

4. Исключите лишнее понятие:
а) парафин б) гудрон в) кокс г) соляровое масло
5. Соотнесите:
Фракция перегонки нефти:
1) бензин 2) керосин 3) дизельное топливо
4) мазут 5) лигроин
Углеводородный состав:
а) С8Н18 – С14Н30 б) С5Н12 – С11Н24
в) С18Н38 и выше г) С13Н28 – С19Н40
д) С12Н26 – С18Н38 е) до С5Н12