|
Перегонка
происходит в ректифікаційній колонне при сильном нагревании. Самые тяжелые
фракции, которые при высокой температуре разлагаются, перегоняют при пониженном
давления.
Химическая
переработка нефтепродуктов Много
продуктов перегонки нефти можно применять сразу, без дальнейшей переработки.
Однако наибольшую ценность для промышленности представляют легкие фракции - бензин
и керосин, но выход их при перегонке небольшой. К тому же после перегонки получается
бензин низкого качества (с небольшим октановым числом), потому что нефть в основном
содержит углеводороды с нєрозгалуженим карбоновым стержнем, которые при сжатии
детонируют. Двигатель, работающий на таком топливе, издает характерный стук и
быстро выходит из строя. Для повышения качества бензина и увеличения его выхода
нефть подвергают химической переработке. Один
из важнейших способов химической переработки нефти - крекинг. При нагревании до
500 °С без доступа воздуха в присутствии специальных катализаторов длинные
молекулы алканов расщепляются на более мелкие. Во время крекинга из насыщенных
углеводородов образуется смесь легких насыщенных и ненасыщенных углеводородов,
например:
Этот
процесс приводит к увеличению выхода бензина и керосина. Если крекинг проводить в
присутствии алюмосиликатных катализаторов (каталитический крекинг), то
образуются преимущественно алканы разветвленного строения, что повышает качество топлива
(крекинг-бензин). По
сильнейшего нагрізання нефти (до 700-900 °С) даже молекулы расщепляются
средних размеров, например:
В
смеси остаются только простейшие углеводороды, преимущественно ненасыщенные. Этот
процесс называют пиролизом, проводят для извлечения этилена - выходной
вещества для синтеза этанола и пластмасс. При пиролизе образуются также
ароматические углеводороды. Основоположником
современных методов переработки нефти является выдающийся химик. М. Ипатьев. Одной
из характеристик, обозначающие качество бензина, является так называемое октановое число, что
показывает возможность детонации топливно-воздушной смеси в двигателе. Рассмотрим,
как влияет детонация на работу двигателя. В цилиндр двигателя внутреннего сгорания
подается смесь паров бензина с воздухом. При нормальной работе двигателя в
цилиндре эта смесь сжимается поршнем и поджигается свечой:
Схема
работы двигателя внутреннего сгорания: 1
- топливно-воздушная смесь сжимается поршнем и поджигается; 2
- продукты сгорания занимают больший объем, поэтому выжимают поршень; 3
- поршень прокручивает вал двигателя. Поскольку
продукты сгорания имеют больший объем, чем исходная смесь, они толкают назад
поршень, который прогсручає коленвал. Но бензин низкого качества не успевает
підпалитися свечой, а при сжатии поршнем взрывается (детонирует), и сила,
высвобождается, не используется на работу двигателя. Это приводит к
разрушение двигателя и ухудшению его работы. Чем выше значение октанового
числа, тем меньше вероятность детонации бензина, а следовательно выше его качество. Нормальный
гептан - абсолютно непригоден как моторное топливо, он детонирует почти всегда. В
то же время 2,2,4-триметилпентан (ізооктан) имеет уникальные свойства: он почти
не детонирует в двигателе. Эти два вещества лежат в основе шкалы измерения качества
бензина - шкала октановых чисел. В этой шкале гептана присвоено значение ноль, а
ізооктанові - сто. Согласно этой шкале бензин с октановым числом 90 имеет следующие
сами детонационные свойства, как и смесь 90% изооктана и 10% гептана. Природный газ Второе
по важности источник углеводородного сырья - природный газ, главным
составной частью которого является метан. Природный газ используют в первую очередь как
эффективное топливо. При его сгорании не образуется ни зола, ни ядовитый
угарный газ, поэтому природный газ считают экологически чистым топливом. Большое количество
природного газа использует химическое о мисловість. Его
переработка сводится главным образом к получению непредельных углеводородов и
синтеза-газа. Этилен и ацетилен образуются при відщепленні водорода от низших
алканов, а синтез-газ - смесь карбон(II) оксида и водорода - получают нагреванием
метана с водяным паром:
с
этой смеси, применяя различные катализаторы, синтезируют кислородосодержащие соединения
- метиловый спирт, уксусную кислоту и т.д. Продвигаясь
над кобальтовым катализатором, синтез-газ превращается в смесь алканов,
представляет собой синтетический бензин:
Каменный уголь Еще
один источник углеводородов - каменный уголь. В химической промышленности его перерабатывают
путем коксования - нагрев до 1000 °С без доступа воздуха. При этом
образуются кокс, каменноугольная смола, масса которой составляет всего несколько
процентов от массы угля. Кокс используют как восстановитель в металлургии
(например, для извлечения железа из его оксидов). Каменноугольная
смола содержит несколько сотен органических соединений, в первую очередь - ароматических
углеводородов, которые выделяют из нее перегонкой. Каменный
уголь используют как топливо, однако при этом возникают серьезные
экологические проблемы. Во-первых, уголь содержит негорючие примеси, которые при
окислении топлива превращаются в шлаки; во-вторых, в составе угля есть небольшие
количества соединений Серы и Азота, при сгорании они образуют оксиды,
загрязняют атмосферу.
|
|
