Знаходження в природі
Поклади нафти знаходяться в надрах Землі на різній глибині, де нафта заповнює вільні проміжки між деякими породами. Якщо вона перебуває під тиском, то підіймається по свердловині на поверхню Землі. Вчені вважають, що найбільші поклади «чорного золота» знаходяться у регіоні Каспійського моря, на території Азербайджану, Ірану, Казахстану, Росії, Туркменістану, Узбекистану. Ряд перспективних родовищ відкрито на Близькому Сході, у Гренландії та в деяких частинах Африки.
Нафтопродукти і їх застосування
Оскільки нафта – суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, які мають різні температури кипіння, то перегонкою її поділяють на окремі фракції, які мають велике практичне значення.
Основні процеси переробки нафти
Первинна переробка:
1. Фракційна перегонка.
1. Фракційна перегонка.
Вторинна переробка:
2. Крекінг (термічний, каталітичний, гідрокрекінг).
3. Риформінг (ароматизація вуглеводнів).
4. Піроліз.
2. Крекінг (термічний, каталітичний, гідрокрекінг).
3. Риформінг (ароматизація вуглеводнів).
4. Піроліз.
Первинна переробка
Сиру нафту очищають. Її звільняють від газів (переважно від метану), води, сполук Сульфуру, нафтенових кислот та солей. Потім нафту піддають фракційній перегонці. При нагріванні нафти деякі вуглеводні, що входять до її складу, випаровуються при різних температурах. Охолонувши, вони знову перейдуть у рідкий стан, тобто конденсуються. Завдяки цьому процесу нафту розділяють на окремі фракції, які потім піддають дальшому розділенню.
При фракційній перегонці першими переходять в пароподібний стан і відганяються вуглеводні з невеликою кількістю атомів Карбону в молекулі, які мають відносно низьку температуру кипіння. З підвищенням температури суміші, переганяють вуглеводні з більш високою температурою кипіння. Так можна зібрати окремі фракції. Перегонка нафти здійснюється в установці, яка складається з трубчастої печі, ректифікаційної колони – стальний циліндричний апарат висотою близько 40 м і холодильника. У печі міститься змійовик (трубопровід). По трубопроводу безперервно подається нафта, де вона нагрівається до 320-350ºС й у вигляді суміші рідин і пари надходить в ректифікаційну колону. У середині вона має горизонтальні перегородки з отворами, так звані «тарілки». Пара нафти подається в колону і через отвори піднімається угору, при цьому вона поступово охолоджується і зріджується. Менш леткі вуглеводні конденсуються уже на перших тарілках, утворюючи газойлеву фракцію. Вище збирається гас, а потім лігроїн. Найлеткіші вуглеводні виходять у вигляді пари з колони і зріджуються, утворюючи бензин. Частина бензину подається назад у колону для зрошення пари, що піднімається. Це сприяє охолодженню і конденсації відповідних вуглеводнів. Рідка частина нафти, що надходить у колону, стікає по тарілках униз, утворюючи темну в’язку рідину – мазут. Мазут піддають дальшій переробці. Його переганяють під зниженим тиском (щоб запобігти розкладання вуглеводнів) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове. З мазуту деяких сортів нафти добувають вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгонки називається нафтовим пеком абогудроном, який беруть на виготовлення асфальту. Головний недолік перегонки нафти – малий вихід бензину (20%).
Продукти перегонки нафти
| Температуракипіння, ºС | Склад | Застосування |
| 40-80 | С5-С11 сирий бензин | Автомобільний, авіаційний бензин, розчинник масел |
| 150-200 | С8-С14 лігроїн | Дизельне пальне, розчинники у лакофарбовій промисловості |
| 180-270 | С12-С18 гас | Пальне для тракторів, ракет, реактивних літаків |
| 240-300 | С11-С20 газойль | Дизельне, котельне пальне |
| Мазут | Солярове масло (дизельне пальне). Мастила (тракторні, авіаційні). Вазелін (основа косметичних засобів і ліків). Парафін (для виробництва свічок). Гудрон (шляхове будівництво) | |
Вторинна переробка
З метою збільшення виходу легких фракцій – бензину, гасу – нафту піддають крекінгу, а при нагріванні до ще вищої температури відбувається піроліз нафти. В обох випадках утворюються простіші алкени, які є цінною сировиною для органічного синтезу.
Крекінг нафтопродуктів. У 1890 році інженер В. Г. Шухов запропонував спосіб розщеплення високомолекулярних вуглеводнів які містилися у мазуті на вуглеводні з меншою відносною молекулярною масою. Такий процес називають крекінгом (від aнгл. crack – «розщепляти»). Його використовують для збільшення виходу легших моторних палив, розчинників та сировини для виробництва пластмас, хімічних волокон, каучуків, мийних засобів та ін.
Наприклад: С16Н34 (гексадекан) → С8Н18 (октан) + С8Н16 (октен)
Розрізняють два основні види крекінгу: термічний і каталітичний.
Крекінг
| Термічний | Каталітичний | |
| Умови | t 470-550ºС і тиск 2-7МПа, проходить повільно | t 450-500ºС, атмосферний тиск, каталізатор-алюмосилікати, проходить швидко |
| Напрямок процесу | Розщеплення високомолекулярних молекул з утворенням вуглеводнів нерозгалуженої будови | Розщеплення високомолекулярних молекул, їх ізомеризація |
| Склад бензинів | Насичені і багато ненасичених вуглеводнів | Вуглеводні з розгалуженим карбоновим ланцюгом |
| Якість бензинів | Більша детонаційна стійкість, ніж бензину прямої перегонки. Ненасичені вуглеводні легко окиснюються і полімеризуються, тому менш стійкі при зберіганні | Більша детонаційна стійкість ніж у бензину термічного крекінгу. Бензин стійкий при зберіганні |
| Продукти | Автомобільний бензин, технічний вуглець, газоподібні вуглеводні | |
При каталітичному крекінгу мазут або гасову фракцію нафти нагрівають перегрітою парою і змішують з подрібненим алюмосилікатним каталізатором. Завдяки цьому процесу великі молекули вуглеводнів розщеплюються. Так одержують інші необхідні речовини.
У промисловості широко здійснюють процес каталітичного риформінгу бензинів. При нагріванні нафтопродуктів за наявності платинового каталізатора відбувається перетворення парафінових і циклопарафінових вуглеводнів у ароматичні, внаслідок чого октанове число бензинів значно підвищується.
При температурі 700ºС і вищій відбувається піроліз.
У результаті піролізу нафти основними прдуктами реакції є насичені вуглеводні (етилен, ацетилен) й ароматичні – бензен, толуол та ін. Оскільки піроліз нафти – один з найважливіших способів добування ароматичних вуглеводнів, то його часто називають ароматизацією нафти.
Застосування нафтопродуктів
Чи ви колись замислювались над тим, яким було б ваше життя без нафти і нафтопродуктів? Наприклад, мастила, виготовлені з нафти, використовуються для змащування рухомих деталей в автомобілях, велосипедах, візках та інших механізмах. Мастила зменшують тертя і цим сповільнюють руйнування деталей. З нафти отримують пальне для літаків, автомобілів і систем опалення. Вона також широко застосовується у виробництві косметики, фарб, барвників, медикаментів, добрив та іншої продукції.
- Паливні продукти – бензин, гас, мазут.
- Будівельні продукти – гудрон.
- Сировина для хімічної промисловості:
- етилен, пропілен – виробництво пластмас;
- бутадієн, ізобутилен – виробництво волокон, синтетичних каучуків;
- бензол, стирол, толуол – виробництво пластмас, синтетичних волокон, каучуків, вибухових речовин;
- парафін – виробництво мийних засобів, пластифікаторів, свічок.
- Сировина для мікробіологічного виробництва білка.
Детонаційна стійкість бензину
При згорянні бензину в автомобільному двигуні відбувається сильне і плавне розширення газу в циліндрі, яке примушує поршень переміщуватися і приводити в рух колінчастий вал двигуна. Якщо горіння газу відбувається швидко (горюча суміш детонує), поршень одержує різкий поштовх замість потужного нарощування зусиль. У результаті в двигуні виникає різкий стукіт, через що передчасно спрацьовують деталі, спадає потужність двигуна, збільшуються витрати палива, підвищується вміст токсичних речовин у вихлопних газах і навіть часткове руйнування деталей двигуна. Це вибухове згоряння бензину називається детонацією. Малостійкі проти детонації парафіни нормальної будови. Розгалужені, ненасичені й ароматичні вуглеводні стійкіші, вони витримують сильніше стискання пальної суміші і це дає можливість конструювати потужніші двигуни. За стандарт пального з низькою детонаційною стійкістю взято н-гептан. Одним із вуглеводнів, який має особливо високу детонаційну стійкість, є ізомер октану – ізооктан. На спеціальних установках порівнюють поведінку в моторі сумішей н-гептану й ізооктану, узятих у різних пропорціях, з поведінкою досліджуваного пального, тобто визначають октанове число бензину. Для кількісної характеристики детонаційної стійкості бензинів вироблено октанову шкалу. Октанове число ізооктану узато за 100, а н-гептану за 0. Якщо бензин містить 95% ізооктану і 5% гептану, то його октанове число – 95. Користуючись цією шкалою визначають октанові числа бензинів. Чим вище октанове число бензину, тим більша його детонаційна стійкість.
Немає коментарів:
Дописати коментар