Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

.pdf
Скачиваний:
82
Добавлен:
17.08.2019
Размер:
4.62 Mб
Скачать

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

и бытового топлива. Выделяющиеся при стабилизации газового бензина пропан, бутан в виде сжиженных газов, нагнетаемых в баллоны, применяются в качестве горючего.

Метан, этан, пропан, бутан служат сырьём для нефтехимической промышленности.

Метан при сжигании в присутствии незначительного количества воздуха в специальных установках образует очень ценный промышленный продукт — газовую сажу, которая применяется в резиновой промышленности

CH4 + O2 C + 2H2O

Метан применяется в промышленности для получения ацетилена. Старый способ получения ацетилена, по которому и сейчас производят основное его количество, это карбидный процесс, сырьём которого является известь и уголь.

CaO+ 3C CaC2 + CO

CaC2+ 2H2O Ca(OH)2 + CHCH

Однако более прогрессивным методом является получение ацетилена из метана или других углеводородов. Для получения ацетилена из метана разработан ряд методов: электрокрекинг метана, термоокислительный крекинг метана, пиролиз метана.

Процесс электрокрекинга заключается в том, что метан пропускают через электрическую дугу, где он распадается на ацетилен и водород:

2 CH4 CH = CH + 3H2

После кратковременного нагрева до 1400-1600 0С газ быстро охлаждают. Процесс требует значительного расхода электроэнергии порядка 12 кВт/ч на 1м3 ацетилена.

Более экономичным является окислительный крекинг метана, при котором тепло, затрачиваемое на эндотермическую реакцию образования ацетилена из метана, получается за счёт сгорания части метана в специальных горелках, где при температуре 1600-2000 0С образуется ацетилен:

CH4+3/2 O2 CO+2H2O

2 CH4

CH = CH + 3H2

3CH4 +3/2 O2 CH = CH + 3H2+CO+2H2O

Перспективным является также пиролиз метана и других углеводородов в плазме, которая образуется при нагреве газа до очень высокой температуры.

При этом до 90 % углеводородов превращаются в смесь ацетилена и этилена, общее содержание их в газе достигает

40 %.

Для этого процесса характерны полное отсутствие сажеобразования и низкий расход электроэнергии – 4-5 кВт на 1м3 продукта. Чтобы отделить ацетилен, его поглощают жидким аммиаком или диметилформамидом ОСНN(CH3)2, в котором этилен не растворяется.

Пропусканием метана с водяным паром над никелевым катализатором при температуре 850 0С получают смесь водорода и оксида углерода — «синтез-газ»

Ni

CH4 +H2O 8500C CO+ 3H2

При пропускании этой смеси над катализатором FeO при 450 0С оксид углерода превращается в диоксид и выделяется водород:

CO +H O

Fe

CO + 3H

2

 

2

 

2

Полученный при этом водород применяется для синтеза аммиака.

N2+3H2 42002 NH3

Синтез-газ применяют для получения метилового спирта. Реакция проводится при температуре 2000-260 0С при давлении 67-100 атм.

CO + 2H2 CH3OH

В качестве катализатора используются оксиды цинка и меди.

Синтез-газ используется также для производства углеводородов. При синтезе по Фишеру-Тропшу образуется

165

166

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

смесь газообразных, жидких и твёрдых веществ. Газ состоит из углеводородов С14 и получается в количестве 5-15 %. Твёрдые продукты представляют собой синтетический парафин, а жидкие — смесь разнообразных жидких углеводородов.

Бензиновая фракция (до 200 0С) называется синтином или когазином-I, масляная (180-340 0С) – когазином-II. Образуется также около 5 % кислородосодержащих соединений – низших спиртов, карбоновых кислот, эфиров и.т.д.

С никелевым, кобальтовым или рутениевым катализатором реакция протекает с образованием в основном алканов (75-80 %) и с выделением воды:

nCO + (2n+1) H2 CnH2n+2 + nH2O

В отличие от этого на железном катализаторе образуются в основном (60-70 %) олефины с концевой двойной связью и выделяется диоксид углерода:

2nCO + n H2 CnH2n + nCO2

На этих катализаторах получается различный состав углеводородов – нормального и изостроения. С кобальтом и рутением образуются почти исключительно углеводороды с прямой цепью, а в случае железного катализатора в продуктах находятся алканы и алкены преимущественно с одной боковой цепью (20-40 %) от общего количества углеводородов и даже немного нафтеновых и ароматических углеводородов. В связи с этим октановое число бензиновый фракции, выделенной из продуктов реакции, изменяется от 50-60 на кобальте, до 80-90 — на железном катализаторе.

Метан служит сырьём для получения синильной кисло-

ты

2CH4 + 2NH3 + 3O2 2HCN + 6H2O

Этан и пропан применяются для производства этилена и пропилена путём пиролиза, бутан – для получения бутиленов и дивинила, а также они служат сырьём для многочисленных синтезов.

7.4. Жидкие алканы

Углеводороды лёгких фракций нефти. Алканы от С5

до С9, входящие в состав бензиновых фракций, в обычных условиях представляют собой жидкости. На основании анализа индивидуальных углеводородов, установлено, что бензиновые фракции нефти в основном представлены соединениями с простейшими заместителями.

Исключение составляют нефти месторождений Анастасиевского и Нефтяные Камни, в которых имеются изомеры с длинными боковыми цепями.

Анализ данных о содержании индивидуальных алканов в бензиновых фракциях одинаковых пределов перегонки показал, что в наибольшем количестве находится нормальный углеводород, а следующим за ним изомером обычно является метилзамещённый в положении 2 или 3.

Из 35 теоретически возможных нонанов выделено 24. Найдены все 5 изомеров гексана, из 9 гептанов — 7, из 18 изомеров октана — 16. Количественное содержание сильно разветвлённых изомеров незначительно.

На долю н-октана и трех простейших его изомеров приходится более 85 % от суммы октанов. Аналогично на н-гексан и его простейшие изомеры приходится 97 % от суммы гексанов.

При исследовании бензинов различных нефтей комбинированным методом было определено до 90 % углеводородов — алканов, циклоалканов С5 и С6 и аренов. Установлены некоторые закономерности в распределении углеводородов в бензине в зависимости от типа нефти (табл. 7.4).

Бензины различных нефтей содержат примерно один и тот же набор углеводородов, однако в неодинаковом количестве, причём 10 углеводородов, присутствующих в бензине, содержатся в наибольшем количестве.

167

168

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 7.4 Содержаниеуглеводородоввбензинахнекоторыхнефтей, %

Углеводород

Сурахан-

Туймазинская

Косчагыл-

скаяотбор-

нефть

скаянефть

 

наянефть

 

 

 

Метилциклогексан

20,05

3,74

13,06

Циклогексан

7,37

-

4,64

1,3-Диметилциклогексан

5,68

-

6,19

1,2-Диметилциклопентан

5,49

-

2,39

Метилциклопентан

4,59

-

3,51

1,2,4-Триметилциклопентан

3,45

-

4,10

1,1,3-Триметилциклопентан

-

-

3,39

2-Метилгексан

3,16

-

-

1,1-Диметилциклогексан

2,99

-

-

1,2-Диметилциклогексан

-

-

2,27

Этилциклогексан

2,23

-

-

1,2,3-Триметилциклопентан

2,05

-

2,52

З-Метилгексан

-

3,43

-

2-Метилпентан

-

3,06

-

Гептан

-

9,74

-

Гексан

-

8,43

-

Октан

-

7,12

-

Пентан

-

6,32

-

Бутан

-

4,69

-

2-Метилбутан

-

3,57

3,55

Всего

57,06

54,79

45,62

В настоящее время надежно установлены основные закономерности в распределении алканов и изоалканов в бензинах нескольких десятков нефтей всех типов. Выделяют три основных типа бензинов. Оказалось, что составы бензинов всех парафинистых нефтей (тип А1) достаточно близки. При этом соотношение между нормальными и разветвлёнными изомерами варьирует незначительно. В бензинах нефтей типа А2 значительно ниже содержание н-

алканов, а распределение изоалканов примерно такое же, что и в бензинах нефтей типа А1. В бензинах нефтей типа Б часто наблюдается аномальное распределение изомеров. Так, среди углеводородов C58 нефтей этого типа наблюдаются высокие концентрации гем- и виц-замещённых структур. В нефтях типа А1 (сургутской, ромашкинской, грозненской парафинистой) содержание н-гексана состав-

ляет 52-71 %, н-гептана 55,9-61 %, н-октана 41-54,8 %, н- нонана 30,7-38,4 %, н-декана— 39,4-39,9 % (на сумму изо-

меров, соответственно). В нефти типа А2 (Старо-Грозненс- кой) содержание н-алканов С610 значительно ниже и равно, соответственно, 12,0; 9,5; 4,3; 5,2 и 2,0 % (от суммы изомеров).

Среди разветвлённых изомеров С63 в нефтях А1 и А2 резко преобладают метилзамещённые структуры по отношению к дизамещенным. Для четырех указанных выше нефтей это соотношение варьирует в пределах 3,2-15,0. Концентрации гем-замещенных углеводородов незначительны. Напротив, в нефтях группы Б высоко содержание диметилзамещённых структур как геминальных, так и вицинальных. Например, в анастасиевско-троицкой нефти (группа Б) соотношение моно- и дизамещенных соответствующих гомологов С69 варьирует в интервале 0,05-0,96. В нефтях группы Б среди метилзамещенных углеводородов

более высоко содержание 3-метилалканов, а в нефтях А1 и А2 — 2-метилалканов.

Среди изомерных гексанов в нефтях количественно определены н-гексан, 2- и 3-метилпентаны, а также 2,3- и 2,2- диметилбутаны. Состав изомеров гептана следующий: н- гептан, 2- и 3-метилгептаны, 2,3-, 2,4-, 2,2- и 3,3-диметил- пентаны, а также 2,2,3-триметилбутан. Среди изомеров октана в нефтях определены: н-октан, 2-, 3- и 4-метилгептаны, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 3,4-, 2,2-, 3,3-диметилгексаны, а также 2,3,4-, 2,2,3, 2,3,3-триметилпентаны.

В алканах С9 обнаружено весьма высокое содержание двух углеводородов — 2,3- и 2,6-диметилгептанов. Пред-

169

170

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

полагается, что эти углеводороды принадлежат к соедине-

углеводородов составляет 0,4-0,5%. На основании анализа

ниям реликтового типа. Среди изомеров С10 отмечено за-

керосиновых фракций нефтей показано, что в них присут-

метное преобладание изопреноидных углеводородов —2,6-

ствует десять изомеров декана. Некоторые изомеры час-

диметилоктана и 2-метил-З-этилгептана (до 75% всех ди-

тично выделены, а большая часть обнаружена спектрофо-

замещенных алканов С10). Высокие концентрации 2-метил-

тометрически. Из углеводородов С1116 в этих фракциях

3-этилгептана и 2,3-диметилалканов С7 и С9 в нефтях обу-

найдены ундекан, додекан, три- и тетрадекан, пентадекан

словлены их образованием из реликтовых предшественни-

и гексадекан (цетан).

 

ков путём отрыва алифатических цепей от стеранов.

Сочетанием методов ГЖХ и масс-спектрометрии ис-

Углеводороды средних фракций нефти. Значитель-

следованы алканы средних и высококипящих фракций

но труднее исследовать углеводородный состав средних

нефтей различных типов. В них надежно количественно

фракций нефти, что видно на примере изучения ромаш-

определены моно- и диметилзамещенные алканы С11-C15.

кинской и арланской парафинистых нефтей. Обе нефти

Метилзамещенные алканы симметричного строения (5-

отличаются высоким содержанием серосодержащих со-

метилнонан, 6-метилундекан) содержатся в значительно

единений (1,8 и 2,84 % серы), смолистых веществ (9,0 и

меньших количествах, чем остальные изомеры. Эта тен-

20,3 %); они могут быть отнесены к парафинистым неф-

денция наблюдалась также для 4-метилгептана и 3-метил-

тям (содержание парафина 4,9 и 4,7 %). Исследование

пентана.

 

нефтей проводили по одной программе. Нефть после де-

Содержание метилзамещённого изомера снижается

асфальтизации при низкой температуре перегоняли с вы-

по мере перемещения СН3-группы к центру молекулы.

делением фракции 180-350 0С, которая и подвергалась

Отношение суммарного содержания монометилзамещён-

дальнейшему исследованию. Фракция содержала около 19

ных алканов к содержанию изомерного н-алкана в углево-

% н-алканов и 20 % аренов.

дородах различной молекулярной массы, в общем, сохра-

С помощью адсорбционной хроматографии на сили-

няется при некоторой тенденции к снижению с ростом

кагеле дробные фракции 180-200, 200-300 и 300-350 °С

алифатической цепи молекулы.

 

были разделены на две части: 1) смесь алканов и циклоал-

В сургутской нефти количественно определено со-

канов и 2) смесь аренов и серосодержащих соединений.

держание диметилдеканов, %:

 

н-Алканы выделяли из смеси методом комплексообра-

 

 

зования с карбамидом и затем обычным путем идентифи-

2,4-Диметилдекан

12

цировали с помощью ГЖХ. Углеводороды, выделенные

2,5-Диметилдекан

17 (изопреноид)

тиокарбамидом, помимо н-алканов содержат некоторое ко-

2,6-Диметилдекан

20,6

личество алканов разветвленного строения и циклоалканов.

2,8-Диметилдекан

8,5

Так, было установлено, что кристаллизующиеся углеводо-

2,9-Диметилдекан

9,2

роды фракции 300-350 °С, образующие комплекс с тиокар-

3,6-Диметилдекан

8,7

бамидом, содержали 60 % н-алканов и 40 % изоалканов и

3,7-Диметилдекан

24,2

циклоалканов.

 

 

В дистилляте 180-350 °С найдены н-алканы от С11

Общее содержание диметилдеканов составляет при-

(ундекана) до С20 (эйкозана). Содержание каждого из этих

мерно половину суммарного количества изомерных мети-

171

172

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

лундеканов и равно 0,25 % на нефть.

В нефти установлено присутствие всех н-алканов, от

бутана (tкип. = 0,5 °С) до тритриаконтана С33Н68 (tкип = 475 °С); некоторые из этих углеводородов выделены в чистом

виде с чистотой выше 99 %. Содержание н-алканов в нефтях снижается с повышением молекулярной массы; количество высших гомологов — 0,1 % и ниже.

Жидкие парафины С1018, используемые для производства спиртов и белково-витаминных концентратов, получают из дизельных фракций методом карбамидной депарафинизации и адсорбционного извлечения на молекулярных ситах (цеолитах).

Изопреноидные углеводороды нефти. В 60-х годах в нефти были обнаружены углеводороды изопреноидного строения. К алифатическим изопреноидам относятся алифатические политерпены, обладающие полиизопреновым скелетом, с характерным чередованием метильных заместителей в цепи через три метиленовые группы, которые можно рассматривать как продукты полимеризации изопрена. Принятое название «изопреноидные углеводороды нефти» весьма условно отнесено к алканам разветвлённого строения, являющимся гидрированными аналогами изопреноидов.

Строение изопреноидных углеводородов нефти состава С1420 может быть представлено в следующем виде:

C14

C15

C

16

C17

 

 

C18

C19

денным в настоящее время в нефтях, можно отнести 2,6-диме- тилалканы (С5-C13), 3,7-диметилалканы (С11, С12, С14), 2,6,10триметилалканы (С14-C18), 3,7,11-триметилалканы (C16), 2,6,10,14-тетраметилалканы (C19-C25) — фитан, пристан. Содержание изопреноидных углеводородов в нефтях колеблется впределах3-4 % нанефть, аиногдаивыше.

Пристан и фитан впервые были обнаружены в иранской и восточно-техасской нефтях. Образование изопреноидных углеводородов нефти связывают с наличием в растениях фитола.

В парафинистых нефтях наблюдается преобладание пристана и фитана над остальными изопреноидами, а в нафтеновых (Анастасиевско-Троицкое месторождение) — изопреноидов С14, C15, C16 (2,6,10-триметилундекана, 2,6,10-триметилдодекана, 2,6,10-триметилтридекана). В нефти нафтенового типа месторождения Грязевая Сопка изопреноидные углеводороды практически отсутствуют.

Некоторые физические свойства изопреноидных углеводородов приведены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 Физические свойства изопреноидныхуглеводородовнефти

Углеводород

Ткип. при

Тзаст.,

nD20

ρ20 ,

 

0,1 МПа,°С

°С

 

3

 

 

 

 

кг/м

2,6,10-Триметилундекан(фарне-

236,2-237,5

<-100

1,4270

759,3

зан)

 

 

 

 

2,6,10-Триметилдодекан

253

<-90

1,4335

771,4

2,6,10-Триметилтетрадекан

285

<-80

1,4361

780,6

2,6,10-Триметилпентадекан

300

<-70

1,4400

784,5

2,6,10,14-Тетраметилпентаде-

331,2-332,5

<-70

1,4390

784,5

кан (пристан)

 

 

 

793,5

2,6,10,14-Тетраметилгексаде-

352,5-353,0

<-70

1,4420

кан (фитан)

 

 

 

 

 

Для всех нефтей характерно, что среди изопреноидных

C20

алканов С2125 в наибольшем количестве содержатся угле-

К алифатическим изопреноидным углеводородам, най-

водороды состава С21.

173

174

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 7.6 Содержание изопреноидных углеводородов в нефтях, %

 

 

Месторождение

 

 

 

 

Грознен-

 

Углеводород

Сургутское

Ромаш-

ское(па-

Гюргян

 

кинское

рафини-

-ское

 

 

 

стая

 

 

 

 

нефть)

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

2,6-Диметилгептан (С9)

3,80

3,66

5,74

-

2,6-Диметилоктан (С10)

3,26

3,14

6,44

-

2,6-Диметилнонан(С11)

6,78

5,75

5,74

-

3,7-Диметилнонан(С11)

3,26

1,30

1,19

-

2,6-Диметилдекан (С12)

2,44

2,62

1,43

-

3,7-Диметилдекан (С12)

3,80

1,04

0,71

-

2,6-Диметилундекан (C13)

6,49

6,80

6,20

-

2,6,10-Триметилундекан (С10)

6,25

6,55

6,20

7,00

2,6-Диметилдодекан (С14)

Следы

Следы

Следы

-

3,7-Диметилдодекан (С14)

4,06

2,62

0,71

-

2,6,10-Триметилдодекан (C15)

7,58

10,40

7,40

13,20

(фарнезан)

 

 

 

 

2,6,10-Триметилтридекан (С16)

7,05

11,70

8,60

13,20

3,7,11-Триметилтридекан (С16)

1,90

1,83

1,43

-

2,6,10-Триметилтридекан (С17)

1,63

2,63

1,43

1,34

2,6,10-Триметилпентадекан (C18)

6,78

8,10

8,60

12,65

2,6,10,14-Тетраметилпентадекан

9,48

9,40

19,40

22,75

(пристан-С19)

 

 

 

 

2,6,10-Триметилгексадекан (С19)

Следы

Следы

Следы

-

2,6,10,14-Тетраметилгексадекан

13,25

12,0

11,70

22,60

(фитан– С20)

 

 

 

 

2,6,10,14-Тетраметилгептадекан(C21)

3,52

4,45

2,86

4,30

2,6,10,14-Тетраметилдекан (С22)

1,63

1,04

1,19

1,61

2,6,10,14-Тетраметилнонадекан(С23)

2,03

1,30

1,43

1,35

2,6,10,14,18-Пентаметилнонанде-

2,98

1,57

0,95

-

кан(С24)

 

 

 

 

2,6,10,14-Тетраметилэйкозан(С24)

-

-

-

-

2,6,10,14,18-Пентаметилэйкозан(С25)

2,03

2,35

0,95

 

Из табл. 7.6 видно, что в нефтях содержатся все семь изопреноидных углеводородов С1420. Общее их содержание в нефти 1,5-2 %, содержание каждого углеводорода

0,2-0,5 %.

Изопреноидные алканы С920 количественно определены в десятках нефтей. Обнаружение изопреноидных алканов C2125 в нефтях позволяет считать реальным в нефтях присутствие более крупных по сравнению с фитаном молекул предшественников, например, соланосана. В нефти были идентифицированы изопреноидные алканы регулярного типа строения вплоть до С40, т. е. изопреноиды, имеющие правильное (регулярное) чередование боковых метильных заместителей (2, 6, 10, 14, 18, 22 и т. д.), источником образования которых могут быть природные полиизопренолы. В последнее время в ряде нефтей обнаружены псевдо- и нерегулярные изопренаны. Углеводороды с псевдорегулярной структурой С12 и С14 (2,6-диметилалканы) не были обнаружены в нефти. В то же время присутствие 2,6,10триметилалканов состава С17 и C19 указывает на то, что сквалан участвует в образовании псевдорегулярных структур. К этой же мысли приводит и наличие в нефтях нерегулярных изопреноидов типа 2,6,10,15-тетраметилалканов.

Ликопан также может рассматриваться как источник псевдорегулярных структур, таких, как 1,6,10,14-тетраме- тилалканы С22 и С24. Ниже приведена схема распада алифатической цепи углеводородов, показывающая возможные пути образования псевдорегулярных и нерегулярных изопреноидов.

Регулярная структура (2,6,10,14,18,22-гексаметилтетРа- козан):

2

6

10

14

18

регулярные

2,6-; 2,6,10; 2,6,10,14ит.д.

нерегулярные

175

176

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В шаимской и грозненской нефтях идентифицированы ликопан и его структурный изомер — изоликопан (2,6,10, 14,17,21,25,29-окатаметил-14-этилтриаконтан). Обнаруженные нерегулярные структуры имеют число атомов углерода С20 и выше. Образование этих углеводородов возможно из сквалана (2,6,10,15-С2024 и 2,6,10,15,19-С2629), а также из ликопана (2,6,10,14,19-С2529 и 2,6,10,14,19,23-С3039).

 

 

 

 

 

2,6,10,15-

 

 

6

 

10

 

2,6,10,15,19ит. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

псевдоргулярные

 

 

 

 

15

19

23

 

 

 

 

 

2, 6,10,14-(С1719)

 

 

Ликопан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нерегулярные

 

 

 

 

 

 

2,6,10,15,19-,

 

2

6

10

14

 

2,6,10,14,19, 23-

ит. д.

 

 

 

19

23

27

31

 

 

 

псевдорегулярные

 

 

 

 

2, 6,10,14-(С2224)

 

В последние годы описан новый тип изопренанов, имеющих в качестве заместителя достаточно длинную алифатическую разветвленную цепь. Углеводороды этого строения представлены соединениями С20, С25 и С30 и отличаются изопентильным звеном. Присутствуют они в нефтях и в осадках. Родоначальник этой группы — 2,6,10- триметил-7-(3-метилбутил)додекан.

Методом хромато-масс-спектрометрии доказано наличие в западно-сибирской нефти 2,6,10,14-тетраметил-7-(3- метилпентил)нонадекана, имеющего Т-образное строение и присутствующего в весьма высокой концентрации (1 %).

7.5. Твёрдые алканы

Твёрдые алканы нефти делятся на две группы – собственно парафины и церезины, различающиеся по кристал-

лической структуре, химическим и физическим свойствам. Твёрдые алканы содержатся практически во всех нефтях, но в разных количествах. Так, например, грозненские нефти делятся по содержанию парафинов на парафиновые (количество твёрдых парафинов более 6 %), малопарафи-

новые (1,5-6,0 %) и беспарафиновые (до 1,5 %). Парафины в нефтях находятся либо в растворенном,

либо во взвешенно-кристаллическом состоянии. Очищенный технический продукт – парафин предс-

тавляет собой бесцветную или белую кристаллическую массу, без запаха и вкуса, на ощупь слегка жирную. Цвет парафина зависит от степени его очистки и содержания масел. Недостаточно очищенный парафин имеет жёлтый и даже буро-жёлтый цвет, причём под действием света интенсивность окраски увеличивается.

В соответствии с температурами кипения твёрдых алкановых углеводородов при перегонке нефти основная масса их остается в мазуте, небольшая часть попадает в керосиновый дистиллят и может быть обнаружена при его сильном охлаждении – при этом твердые парафины выкристаллизовываются. При разгонке мазута парафины, начиная с С17Н36 попадают в масляные дистилляты (соляровый, веретенный и т.д.). Более высококипящие парафины (С36- С53) остаются в гудроне.

По химическим свойствам твердые углеводороды имеют ярко выраженный насыщенный характер. Они устойчивы к действию самых разнообразных реагентов (кислот, щелочей, щелочных металлов), на холоде не поддаются действию окислителей.

Состояние твёрдых парафинов в нефти определяется прежде всего температурой. Они растворяются в нефти неограниченно только при повышенных температурах (около 40 0С). При более низких температурах парафин выделяется из нефти в виде микрокристаллов. Так как температура нефти в недрах земли обычно близка к 40 0С или несколько выше, можно считать, что она представляет собой одно-

177

178

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

родный раствор всех компонентов.

По химическому составу парафин является сложной смесью углеводородов. Полное разделение его на компоненты и идентификация их окончательно не завершены.

Исследования твёрдых углеводородов, выделенных из масляных фракций, показали, что наряду с парафином, имеющим ярко выраженную кристаллическую структуру, существует другой твердый продукт, более мягкий, внешне аморфный. Исследование его под микроскопом показало, что он имеет мелкокристаллическое строение. Эта разновидность получается, если не подвергать нефть перегонке, а выделять из неё твёрдые углеводороды осаждением. Такой продукт называется церезином.

Нефтяные парафины (дистиллятные - отС19Н40 до С35Н72) имеют сравнительно небольшую молекулярную массу и, соответственно, невысокиетемпературыкипения.

Молекулярные массы парафинов находятся в пределах от 300 до 450, а церезинов – от 500 до 750, что способствует содержанию в цепи примерно от 36 до 55 углеродных атомов. Температура плавления парафина выше, чем церезинов, для него характерна пластинчатая или ленточная структура кристаллов. Плотность очищенного парафина 0,881-0,905. Температура плавления церезинов ниже (35-50 0С). Они имеют мелкокристаллическуюструктуру.

Нефтяные церезины характеризуются большей молекулярной массой (например, в сураханский церезин входят

углеводороды от С35Н72 до С53Н108) и поэтому они концентрируются главным образом в гудроне.

Сопоставление свойств парафинов и церезинов, имеющих одинаковые температуры плавления, показало, что для церезинов характерны большие величины плотности, вязкости и молекулярной массы.

Парафины и церезины различаются и по химическим свойствам. Например, церезины легко поддаются действию окислителей, с которыми парафины на холоде не вступают в реакцию (азотная кислота, хлорсульфоновая кислота).

Парафины и церезины образуют два разных гомологических ряда, которые отвечают составу СnH2n+2. Однако в молекулы парафинов входят углеводородные радикалы нормального строения, а в молекулы церезинов – в основном изостроения, вместе с радикалами циклического строения (нафтеновыми и ароматическими).

Сырьём для получения парафинов служит обычно нефть, а церезин может быть выделен из остаточных нефтепродуктов, а также из озокерита. Озокерит, или горный воск, состоит главным образом из церезина с большим или меньшим содержанием других веществ (песчаник, нефтеобразные масла, смолы). После отделения сопровождающих минеральных пород и удаления из озокерита масел (при перегонке с водяным паром, с последующей отгонкой в вакууме) получают различные сорта товарного церезина.

Парафины и церезины имеют самое разнообразное применение. Огромная масса парафина расходуется в производстве свечей, в спичечной, бумажной, кожевенной, текстильной отраслях промышленности. Парафин применяется как загуститель в производстве пластичных смазок, является важной составной частью вазелина (и технического, и медицинского). Особенно большое значение приобрело производство из парафина синтетических жирных кислот и спиртов путём окисления кислородом воздуха.

7.6. Применение алканов в нефтехимическом синтезе

Алкановые углеводороды содержат очень прочные связи С-С и С-Н и поэтому их реакции с различными соединениями протекают при высокой температуре или с участием очень активных частиц типа свободных радикалов, а также в присутствии катализаторов. Характерными для алканов являются реакции замещения.

179

180

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7.6.1. Галогенирование алканов

Реакции галогенирования алканов широко применяются в нефтехимической промышленности, давая важные промежуточные и конечные химические продукты.

Процессы галогенирования алканов относятся к ради- кально-цепным реакциям.

Зарождение цепи, состоящее в образовании свободных атомов хлора, может осуществляться несколькими способами; в зависимости от которых различают термическое, фотохимическое и инициированное хлорирование.

При термическом галогенировании, обычно протекающем в газовой фазе, расщепление молекулы хлора достигается при достаточно высокой температуре (250-300 0С) с одновременным участием стенки сосуда. или насадки:

Cl2 Cl + Cl

Гомолитический разрыв связи Сl-Cl происходит также

при фотохимическом облучении .

Cl2

hν

2 Cl

Третий способ зарождения цепи связан с применением инициаторов, способных распадаться с образованием свободных радикалов; в качестве инициатора используется пе-

рекись бензоила:

 

H COO.

.

 

 

 

 

 

 

(C H COO)

2

 

2(C

 

2C H + 2CO

 

 

6 5 .

 

 

6 5

6 5

2

2C6H5 + Cl2

 

C H Cl +Cl.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

5

 

 

 

Развитие цепи осуществляется с помощью образовавшегося радикала Сl.

Cl . + RHR . + HCl

R . + Cl2RCl + Cl .

Обрыв цепи происходит на стенке реакционного сосуда или на насадке:

Cl Clадс.

Реакции галогенирования сильно различаются по энергетическим характеристикам. Тепловые эффекты

уменьшаются в ряду F2>Cl2>Br2>I2, причём особое место занимают процессы фторирования и йодирования. Действие фтора на органические соединения сопровождается очень большим выделением тепла, превышающим энергии разрыва связей С-С и С-Н. Прямое фторирование углеводородов может привести к их глубокому разложению. Но, проводя реакцию в присутствии трёхфтористого кобальта при 200-300 0С можно получить продукты замещения атомов водорода в углеводородах на фтор – перфторалканы, которые являются очень стабильными веществами, и находят применение в промышленности, а также в медицине («голубая кровь»). Получить йодпроизводные углеводородов можно, если проводить реакцию в присутствии окислителей, связывающих выделяющийся йодистый водород.

При галогенировании алкановых углеводородов важное значение имеет направление атаки реагента, приводящее к образованию изомерных алкилгалогенидов. Состав изомеров определяется относительной подвижностью различных атомов водорода. Реакционная способность атомов водорода меняется в следующем ряду:

трет. > втор. > перв.

Под действием хлора могут замещаться один за другим несколько атомов водорода, что приводит к образованию продуктов различной степени галогенирования. Так, из метана получаются последовательно метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод:

 

 

+Cl2

 

+ Cl2

CH Cl

 

+Cl2

CHCl

 

+Cl2

CCl4

CH

4

CH Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-HCl

3

-HCl

2

2 -HCl

 

3

-HCl

 

 

 

 

 

Промышленный способ хлорирования метана состоит в том, что метан и хлор в соотношении 5:1 смешиваются и подаются в стальную, облицованную бетоном трубу, обогреваемую газом.

При этом образуются одновременно все продукты хлорирования метана и от молярного соотношения зависит, какие из них будут преобладать.

Хлористый метил применяется как растворитель, а также в промышленных синтезах как метилирующий агент. При

181

182

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

взаимодействии его с кремнием получают диметилдихлорсилан, при гидролизе которого образуется диметилсиландиол.

 

 

CH3

CH3

 

 

 

 

2 HO-

 

 

2CH3Cl + Si

 

Cl - Si - Cl

 

HO - Si - OH

 

-2Cl-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

CH3

При поликонденсации диметилсиландиола образуются силиконы, являющиеся термостойкими полимерами.

 

CH3

 

 

 

 

 

CH3

 

 

n HOSi -OH

 

 

 

 

 

O- Si -O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-nH2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

CH3

 

n

Хлористый метилен (температура кипения 40,8 0С) используется в качестве растворителя; он трудно воспламеняется, что является его большим преимуществом. В частности, его применяют для растворения ацетилцеллюлозы.

Хлороформ (температура кипения 61,2 0С) получают не только хлорированием метана, но и восстановлением ССl4 железом в присутствии воды:

CCl4 + 2H

Fe H2O

CHCl3

+HCl

 

Хлороформ широко применяют в качестве растворителя, а также как сырьё для производства некоторых фтороуглеродов. Так, перфторэтилен получают из хлороформа двумя путями – при действии фтористого водорода или трёхфтористой сурьмы. В обоих случаях сначала образуется дифторхлорметан

CHCl3 + 2HF CHF2Cl + 2HCl

Далее дифторхлорметан подвергают пиролизу при 600-1000 0С в платиновых трубках и получают перфторэтилен:

2CHF2Cl CF2=CF2 + 2HCl

Перфторэтилен – бесцветный газ с температурой кипения –70 0С. Под действием разбавленной перекиси водорода при

60 0Сонполимеризуетсявполитетрафторэтилен(тефлон).

F F

n CF2=CF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C - C

2

 

 

F F

n

тефлон

Тефлон – очень ценный полимер: температура его размягчения 327 0С, разлагаться он начинает при 450 0С. Он исключительно стоек к действию агрессивных сред: на него не действует кипящая азотная кислота, едкий натр, фтор. До 300 0С он пассивен и к действию концентрированной серной кислоты. В органических растворителях тефлон не растворяется и не набухает. Такие специфические свойства тефлона сделали его незаменимым материалом в химическом машиностроении.

Четыреххлористый углерод ССl4 (температура кипения 76,5 0С) хотя и может быть получен хлорированием метана, но в промышленности его в больших масштабах производят хлорированием сероуглерода в присутствии пятихлористой сурьмы:

CS2 + 3Cl2 CCl4 + S2Cl2

Разработан процесс окислительного хлорирования метана для получения четырёххлористого углерода

CH4+ 4Cl2CCl4 + 4HCl CH4+ 4HCl + O2 CCl4 + 2H2O

2CH4+ 4Cl2 + O2 2CCl4 + 2H2O

Четырёххлористый углерод не горюч и может быть использован для тушения пожаров. Он широко применяется для сухой чистки одежды и как негорючий растворитель.

Из четырёххлористого углерода при действии трёххлористой сурьмы производится дифтордихлорметан СF2Cl2, один из важнейших фреонов (хладонов), который используется в качестве хладоагента в холодильниках

3CCl4 + 2SbF2 3CF2Cl2 + SbCl2

183

184