Химический состав нефти
Химический состав нефти
Автор статьи — Саид Лутфуллин
- Как известно, органическая химия изучает углеводороды и их производные. Поэтому углеводороды – это основное сырье для органического синтеза.
- Основные источники углеводородов:
- Природный газ.
- Нефть.
- Попутный нефтяной газ.
- Каменный уголь.
Нефть – представляет собой маслянистую темного цвета жидкость. Образовалась она из отложений неразложившейся органики, источником которой послужили трупы умерших живых организмов.
За многовековой период времени при соответствующих условиях (высокая температура, высокое давление) органика претерпевала всевозможные преобразования. В итоге вся органика разложилась до самых химически инертных соединений: алканов, циклоалконов и ароматических углеводородов.
Из этих веществ и состоит нефть.
Углеводы с небольшим числом атомов углерода в строении имеют газообразное состояние.
Они «всплывают» на поверхность, и над жидкой нефтью образуют слой газа (попутный нефтяной газ). Природный газ – тоже полезное ископаемое, по большей части (на 80-90%) состоит из метана, в отличие от попутного газа, где содержание метана ниже (30-50%).
Остановимся подробнее на нефти.
Чтобы использовать это сырье, ее сначала подвергают обработке, которая состоит из нескольких этапов:
Первый этап: первичная переработка нефти.Сначала нефть очищают от воды, солей, легких летучих углеводородов (метана).
Потом проводят ректификацию.
Ректификация – это способ разделения смесей на составляющие ее вещества. Нефть нагревают, она переходит в газообразную фазу. Более легкие углеводороды (пентан, к примеру) имеет меньшую температуру конденсации, чем более тяжелые (например, декан). Этот принцип лежит в основе ректификации.В результате ректификации углеводороды из нефти «сортируются» по их температурам конденсации, т.е. разделяются на фракции (как в парламенте): бензиновая (C5 – C11), лигроиновая (С8 – С14), керосиновая (С12 – С18), газойлевая (дизельное топливо) (С14 – С25).
Оставшиеся углеводороды с большим числом атомов углерода в молекуле – мазут.
Из него получают смазочные масла, гудрон, парафин для свечек и т.д..
Полученные фракции используют как источник первичного сырья для химической промышленности, так и в качестве топлива.
Для топлива есть важная характеристика, о которой вы, наверняка, слышали, но не задумывались что она означает.
Характеристика эта – октановое число.
Вам известно, что если начать сжимать топливо, то оно рано или поздно взорвется. И то, насколько топливо можно сжать, без детонации, показывает октановое число.
То есть октановое число является показателем детонационной устойчивости топлива при сжатии.
От чего оно зависит?
Для этого обратимся к теории химического строения А.М. Бутлерова, красной нитью проходящей через всю органическую химию.
Рассмотрим н-октан и его изомер изооктан (2,2,4-триметилпентан):
эти два углеводорода благодаря различию в химическом строении имеют различную детонационную устойчивость (если начать сжимать н-октан быстрее рванет).
Следовательно смеси содержащие в разном соотношении эти два изомера, будут тоже иметь различную детонационную устойчивость при сжатии. И что отражают цифры в октановом числе?
Разберем на конкретном примере.
Есть бензин с октановым числом 92.
Что это означает? Это означает, что данный бензин имеет такую же детонационную устойчивость при сжатии, как искусственно приготовленная смесь, состоящая на 92% (по объему) из изооктана и на 8% из н-октана.
Понятное дело, что чем сильнее можно сжать топливо без детонации, то есть чем выше у него октановое число, тем лучше, тем более эффективна работа двигателя.
Поэтому производители преследуют цель повысить октановое число своего продукта.
Это достигается вторичной переработкой.
Полученные фракции углеводородов подвергаются некоторым химическим преобразованиям.
Крекинг
В результате этого процесса более тяжелые углеводороды превращаются в более легкие (связи С–С в углеводородах рвутся). Это позволяет повысить выход легких фракций (например, бензиновой)в процессе переработки нефти.
Различают термический и каталитический крекинг.
Термический крекинг протекает при высокой температуре, в результате образуется много непредельных углеводородов, и, как правило, углеводороды с неразветвленной цепью.
Каталитический крекинг (благодаря использованию катализатора) требует меньшей температуры, и в результате него образуются больше предельных разветвленных углеводородов. Отсюда очевидны преимущества каталитического крекинга над термическим:
большее содержание разветвленных углеводородов обеспечивает большее октановое число, а меньшее содержание непредельных углеводородов – большую устойчивость к окислению при хранении.
Риформинг
Еще один каталитический процесс. В результате него происходит:
- Насыщение непредельных углеводородов (что обеспечивает большую устойчивость при хранении).
- Изомеризация (образование разветвленных цепей из неразветвленных, в результате чего происходит увеличение октанового числа топлива).
- Дегидроциклизация (превращение алканов в ароматические углеводороды).
Вторичная переработка позволяет повысить качество топлива.
Думаю, нет необходимости говорить о практической значимости нефти. Она является основным источником сырья для органической химии.
Сегодня буквально все получают из продуктов нефтепереработки. При том необходимо помнить, что нефть – это ксенобиотик. И загрязнение ею и продуктами ее переработки окружающей среды наносят огромный вред природе.
Необходимо проявлять осторожность в обращении с нефтью, использовать ее разумно и не допускать утечек.