Нафта і основні продукти її переробки Нафта - масляниста рідина темно-бурого або майже чорного кольору з характерним запахом. Вона легше води (щільність 0,73 ... 0,97 г/см3), у воді практично нерозчинні.
За складом нафта - складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, головним чином рідких (в них розчинені тверді і газоподібні вуглеводні). Зазвичай це вуглеводні парафінові, Циклоалкани, ароматичні, співвідношення яких в нафтах різних родовищ коливається в широких межах. Крім вуглеводнів нафта містить кисневі, сірчисті і азотисті органічні сполуки.
Сира нафта зазвичай не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.
Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку виробляють на нафтопереробних заводах після відділення попутних газів. При перегонці нафти отримують світлі нафтопродукти: бензин (т. кип. Від 40до 150 ... 200 ° С), нафта (т. кип. 120 ... 240 ° С), гас (т. кип. 150 ... 300 ° С), газойль-солярове масло (т. кип. вище 300 ° С), а в залишку - в'язку чорну рідину мазут. Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила:
веретенне, машинне, циліндрове та ін З мазуту деяких сортів нафти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону називають нафтовим пеком або гудроном.
Продукти перегонки нафти мають різне застосування. Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне і автомобільне паливо. Він складається звичайно з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від 5до 9атомов вуглецю.
Нафта служить паливом для дизельних двигунів, а також розчинником у лакофарбовій промисловості. Великі кількості його переробляють в бензин.
Гас застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигунів, а також для побутових потреб. Він складається з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від 9до 16атомов вуглецю.
Солярове масло використовують як моторне паливо, а мастила - для змащення механізмів.
Вазелін використовують у медицині. Він складається із суміші рідких і твердих вуглеводнів.
Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, для просочення деревини у виробництві сірників і олівців, для виготовлення свічок, гуталіну ит.д. Він складається із суміші твердих вуглеводнів.
Гудрон - нелетких темна маса, після часткового окислення його застосовують для отримання асфальту.
Мазут крім переробки на мастила і бензин використовують в якості котельного рідкого палива.
При вторинних методах переробки неф-т і відбувається зміна структури вуглеводнів, що входять до її складу. Серед цих методів велике значення має крекінг (розщеплення) вуглеводнів нафти, що проводиться для підвищення виходу бензину.
Термічний крекінг проводиться при нагріванні вихідної сировини (мазуту та ін) при температурі 450 ... 550 ° С і тиску 2 ... 7МПа. При цьому молекули вуглеводнів з великим числом атомів вуглецю розщеплюються на молекули з меншим числом атомів як граничних, так і неграничних вуглеводнів. Наприклад:
Таким способом одержують головним чином автомобільний бензин. Вихід його з нафти досягає 70%. Термічний крекінг відкритий російським інженеромВ.Г.Шуховим в 1891р.
Каталітичний крекінг проводиться в присутності каталізаторів (зазвичай алюмосилікатів) при 450 ° С і атмосферному тиску. Цим способом отримують авіаційний бензин з виходом до 80%. Такому виду крекінгу піддається переважно гасова і газойлева фракції нафти. При каталітичному крекінгу разом з реакціями розщеплення протікають реакції ізомеризації. У результаті останніх утворюються граничні вуглеводні з розгалуженим вуглецевим скелетом молекул, що покращує якість бензину.
Важливим каталітичним процесом є ароматизація вуглеводнів, тобто перетворення парафінів і циклопарафинов в ароматичні вуглеводні. При нагріванні важких фракцій нафтопродуктів в присутності каталізатора (платини або молібдену) вуглеводні, що містять 6 ... 8атомов вуглецю в молекулі, перетворюються на ароматичні вуглеводні. Ці процеси протікають при риформінгу (облагороджування бензинів).
При крекінг-процесах утворюється велика кількість газів (гази крекінгу), які містять головним чином граничні і неграничні вуглеводні. Ці гази використовують як сировину для хімічної промисловості.
При температурах 700 ... 1000 ° С проводять піроліз (термічне розкладання) нафтопродуктів, в результаті якого отримують переважно легкі алкени - етилен, пропілен та ін і ароматичні вуглеводні. При піролізі можливо перебіг наступних реакцій:
Для поліпшення властивостей бензинових фракцій нафти вони піддаються каталітичного риформінгу, який проводиться в присутності каталізаторів з платини або платини і ренію. При каталітичному риформінгу бензинів відбувається утворення ароматичних сполук з алканів, наприклад:
Циклоалкани перетворюються на ароматичні з'єднання, піддаються ізомеризації, гидрированию, наприклад
Ароматичні вуглеводні втрачають при риформінгу бічні ланцюги, наприклад
В останні роки (поряд зі збільшенням вироблення палива і масел) вуглеводні нафти широко використовують як джерело хімічної сировини. Різними способами з них отримують речовини, необхідні для виробництва пластмас, синтетичного текстильного волокна, синтетичного каучуку, спиртів, кислот, синтетичних миючих засобів, вибухових речовин, отрутохімікатів, синтетичних жирів ит.д.
Природні гази та їх використанняПриродні гази, нафта і кам'яне вугілля - основні джерела вуглеводнів. За запасами природного газу перше місце у світі належить нашій країні, де відомо більше 200месторожденій.
У природному газі містяться вуглеводні з невеликою відносною молекулярною масою. Він має наступний зразковий склад (за об'ємом): 80 ... 90% метану, 2 ... 3% його найближчих гомологів - етану, пропану, бутану і невеликий вміст домішок - сірководню, азоту, благородних газів, оксиду вуглецю (IV) і пари води. Так, наприклад, газ Ставропольського родовища містить 97,7% метану і 2,3% інших газів, газ Саратовського родовища-93, 4% метану, 3,6% етану, пропану, бутану і 3% негорючих газів.
До природних газів відносяться і так звані попутні гази, які зазвичай розчинені в нафті і виділяються у її видобутку. У попутних газах міститься менше метану, але більше етану, пропану, бутану та вищих вуглеводнів. Крім того, в них присутні в основному ті ж домішки, що і в інших природних газах, не пов'язаних з покладами нафти, а саме: сірководень, азот, інертні гази, пари води, вуглекислий газ.
Раніше попутні гази не знаходили застосування і при видобутку нафти і спалювалися смолоскипною способом. В даний час їх прагнуть уловлювати і використовувати як як паливо, так і головним чином як цінного хімічної сировини. З попутних газів, а також газів крекінгу нафти шляхом перегонки при низьких температурах отримують індивідуальні вуглеводні. З пропану і бутану шляхом дегідрування отримують неграничні вуглеводні - пропілен, бутилен і бутадієн, з яких потім синтезують каучуки і пластмаси.
Природний газ широко використовують як дешеве паливо з високою теплотворною здатністю (при спалюванні 1м3виделяется до 54400кДж). Це один з кращих видів палива для побутових і промислових потреб. Крім того, природний газ служить цінною сировиною для хімічної промисловості.
Розроблено багато способів переробки природних газів. Головне завдання цієї переробки - перетворення граничних вуглеводнів в більш активні - ненасичені, які потім переводять в синтетичні полімери (каучук, пластмаси). Крім того, окисленням вуглеводнів отримують органічні кислоти, спирти і інші продукти.
В останні роки значно зросло виробництво газів шляхом переробки кам'яного вугілля, торфу і сланців. Вугілля, так само як і природні гази і нафта, є джерелом енергії і цінним хімічним сировиною.
Основний метод переробки кам'яного вугілля - коксування (суха перегонка). При коксуванні (нагріванні до 1000 ... 1200 ° С без доступу повітря) отримують різні продукти: кокс, кам'яновугільна смола, аміачна вода і коксовий газ. Приблизний
склад Косового газу: 60% водню, 25% метану, 5% оксиду вуглецю (II), 4% азоту, 2% оксиду азоту (IV), 2% етилену і 2% інших газів.
Коксовий газ застосовують для обігрівання коксових печей (при згорянні 1м3виделяется 18000кДж), але в основному його піддають хімічній переробці. Так, з нього виділяють водень для синтезу аміаку, використовуваного потім для отримання азотних добрив.
Кам'яновугільна смола служить джерелом ароматичних вуглеводнів. Її піддають перегонці ректифікації і отримують бензол, толуол, ксилол, нафталін, а також феноли, азотовмісні сполуки та ін Пек - густа чорна маса, що залишилася після перегонки смоли, використовують для приготування електродів і покрівельного толя.