Природные источники углеводородов

 

В природе углеводороды встречаются в виде нефти, природного газа, каменного угля.

 

Нефть — маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом природного происхождения, состоящая из смеси различных углеводородов.

 

Природный газ — бесцветный газ, состоящий из смеси различных углеводородов (преимущественно из метана).

 

Каменный уголь — твердое горючее полезное ископаемое, которое имеет сложный состав.

 

 

Состав нефти

 

В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. В неё могут входить: алканы, циклоалканы, ароматические углеводороды.

 

Фракции нефти

 

  1. Фракция, собираемая от 40 до 200°С — фракция бензинов — содержит углеводороды от С6Н12 до С11Н24.
  2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.
  3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 180 до 300°С.
  4. В следующей фракции получают газойль (выше 275°С) — дизельное топливо.
  5. Остаток после перегонки нефти – мазут – содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. После отгонки остается гудрон. Его применяют в дорожном строительстве.

 

Перегонка нефти

 

Перегонка – это разделение нефти на отдельные фракции по температуре кипения.

 

Перегонка нефти осуществляется в ректификационной колонне.

 

В печи нефть нагревается до 320-350 °С и поступает в ректификационную колонну.

 

Внутри она имеет горизонтальные перегородки с отверстиями, так называемые тарелки.

Пары нефти подаются в колонну и поднимаются вверх, при этом постепенно охлаждаются и сжижаются.

 

Менее летучие углеводороды конденсируются внизу, образуя газойлевую фракцию.

Выше собирается керосин, а затем — лигроин. Наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и сжижаются, образуя бензин.

Главный недостаток перегонки нефти — малый выход бензина (не более 20%).

 

Крекинг нефтепродуктов

 

Крекинг —  расщепление углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой.

 

Такой процесс называется крекингом (по англ. crack – расщеплять). Промышленный метод крекинга был изобретен русским инженером В. Г. Шуховым в 1891 г.

 

Процесс крекинга происходит с разрывом углеродных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов.

Например, при крекинге гексадекана образуются октан и октен:

C16H34 → C8H18 + C8H16

Образовавшиеся вещества могут разлагаться далее. При крекинге октана могут образоваться бутан и бутен:

C8H18 → C4H8 + C4H10

А при крекинге бутана образуются этан и этилен:

C4H10 → C2H4 + C2H6

Различают два основных вида крекинга:

 

Термический крекинг:

Расщепление углеводородов производится при высокой температуре (470—550°С) и давлении.

Бензин термического крекинга содержит много непредельных углеводородов и обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки. Он менее устойчив при хранении, так как непредельные углеводороды легко окисляются и полимеризуются. Поэтому к бензину термического крекинга добавляют антиокислители.

 

Каталитический крекинг:

Расщепление углеводородов происходит при несколько более низкой температуре (450- 500°С) с применением катализаторов (алюмосиликатов). Процесс происходит с большей скоростью, чем при термическом крекинге. Бензин каталитического крекинга более высокого качества, чем бензин термического крекинга, так как наряду с реакциями расщепления идет изомеризация и образуются разветвленные углеводороды, которые еще более повышают детонационную стойкость бензина. В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше, и поэтому он более устойчив при хранении.

 

Ароматизация нефти

 

Превращение предельных углеводородов и циклоалканов нефти в ароматические углеводороды. Также ароматизацию называют риформингом.

 

 

Так как в нефти содержатся также производные циклогексана, например, метилциклогексан, то из него при этих же условиях образуется метилбензол (толуол):

 

 

При этих же условиях н-гексан тоже превращается в бензол:

 

 

Переработка каменного угля

 

Каменный уголь подвергают коксованию. Это нагревание без доступа воздуха при температуре 1000-1400оС. При коксовании образуется кокс (почти чистый углерод), коксовый газ (состоит преимущественно из водорода и метана), аммиак, деготь, ароматические углеводорода и др.