Использование продуктов переработки нефти

9. Термический крекинг

     Расщепление молекул углеводородов протекает  при более высокой температуре (470-550°С) и давлении 2-7МПа. Процесс  протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. Таким способом получают главным образом автомобильный  бензин. Выход его из нефти достигает 70%.

     В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. 
Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки.

     В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части  двигателя. Для устранения этого  вредного действия к такому бензину  добавляют окислители.

     Если  в нагреваемую на сильном пламени  трубку (заполненную железными стружками  для улучшения теплопередачи) пускать  из воронки по каплям керосин или  смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов, то в U- образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой – газ. Полученная жидкость, в отличие от взятой для реакции, обесцвечивает бромную воду, т.е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо горит и также обесцвечивает бромную воду.

     Результаты  опыта объясняются тем, что при  нагревании произошёл распад углеводородов, например:

     C16H34 > C8H18 + C8H16 гексадекан октан октилен

     Образовалась  смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими молекулярными  массами, аналогичная бензину.

     Получившиеся  жидкие вещества частично могут разлагаться  далее, например:

     C8H18 – C4H10 + C4H8 октан бутан бутилен

     C4H10 – C2H8 + C2H4 бутан этан этилен

     Эти реакции приводят к образованию  большого количества газообразных веществ. Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для в качестве сырья для химической промышленности: производства полиэтилена и этилового  спирта.

     Расщепление молекул углеводородов протекает  по радикальному механизму. 
Вначале образуются свободные радикалы:

     CH3 – (CH2)6 – CH2:CH2 – (CH2)6 – CH3 > CH3 – (CH2)6 – CH2 + CH2 – 
(CH2)6 – CH3

     Свободные радикалы химически очень активны  и могут участвовать в различных  реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом водорода (а), а другой – присоединяет (б): а) CН3 – (СН2)6 – СН2 > СН3 – (СН2)5 – СН=СН2 + Н

     1-октен  б) CH3 – (CH2)6 – CH2 + H > CH3 – (CH2)6 –  CH3

     октан

     При температурах 700-1000°С проводят пиролиз (термическое разложение) нефтепродуктов, в результате которого получают главным  образом легкие алкены – этилен, пропилен и ароматические углеводороды. При пиролизе возможно протекание следующих реакций:

     CH3 – CH3 > CH2 = CH2 +H2

     CH3 – CH2 – CH(CH3) – CH3 > CH2 – CH(CH3) – CH3 + CH4 и т.д.

10. Каталитический крекинг

     Расщепление молекул углеводородов протекает  в присутствии катализаторов 
(обычно алюмосиликатов) и при температуре (450-500° С) и атмосферном давлении. Одним из катализаторов является специально обработанная глина. 
Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. 
Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широко распространяется. Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

     Главное внимание уделяют бензину. Его стараются  получить больше и обязательно лучшего  качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной  борьбы нефтяников за повышение качества бензина. По сравнению с термическим  крекингом процесс протекает  значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, т.е. образуются предельные углеводороды с разветвленным  углеродным скелетом молекул, что улучшает качество бензина.

     Этим  способом получают авиационный бензин с выходом до 80%. Такому виду крекинга подвергается преимущественно керосиновая  и газойлевая фракции нефти.

     Бензин  каталитического крекинга по сравнению  с бензином термического крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью, т.к. в нем содержатся углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов.

     В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше, и поэтому процессы окисления  и полимеризации в нем не протекают. 
Такой бензин более устойчив при хранении.

11. Риформинг

     Риформинг – (от англ. reforming – переделывать, улучшать) промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. 
Сырьем служит бензинолигроиновая фракция нефти.

     До 30-х годов 20 века риформинг представлял  собой разновидность термического крекинга и проводился при 540°С для  получения бензина с октановым  числом 70-72.

     С 40-х годов риформинг – каталитический процесс, научные основы которого разработаны  Н.Д. Зелинским, а также В.И. Каржевым, Б.Л. Молдавским. Впервые этот процесс  был осуществлен в 1940 г в США.

     Его проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов при t 350-520°С, в присутствии различных катализаторов: платиновых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и др. во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения коксом, риформинг осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы. В результате риформинга бензиновых фракций нефти получают 80-85 % бензин с октановым числом 90-95, 
1-2% водорода и остальное количество газообразных углеводородов. Из трубчатой печи под давлением нефть подается в реакционную камеру, где и находится катализатор, отсюда она идет в ректификационную колонну, где разделяется на продукты.

     Для улучшения свойств бензиновых фракций  нефти они подвергаются каталитическому  риформингу, который проводится в  присутствии катализаторов из платины  или платины и рения. При каталитическом риформинге бензинов происходит образование  ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола и др.) из парафинов  и циклопарафинов, например:

     CH3 – (CH2)5 – CH3 > C6H5CH3 + 4H2

     Циклоалканы превращаются в ароматические соединения, подвергаются изомеризации, гидрированию. Ароматические углеводороды теряют при риформинге боковые цепи, например:

     C6H5CH3 + H2 > C6H6 + CH4 и т.д.

     Ранее основным источником получения ароматических  углеводородов была коксовая промышленность. 

VI. Использование продуктов переработки нефти.

     В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты.

     Наибольшее  применение продукты переработки нефти  находят в топливно- энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти  в полтора раза более высокой  теплотой сгорания по сравнению с  лучшими углями. Он занимает мало места  при сгорании и не дает твердых  остатков при горении. Замена твердых  видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном  и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.

     Бензин  применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный  и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п. 
Керосин применяется как горючее для реактивных и тракторных двигателей, а также для бытовых нужд. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей. Смазочные масла для смазки различных механизмов. После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса – гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Лигроин служит топливом для дизельных двигателей, а также растворителем в лакокрасочной промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин. Парафин применяют для получения высших карбоновых кислот, для пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т.д.

     Энергетическое  направление в использовании  нефти до сих пор остается главным  во всем мире. Доля нефти в мировом  энергобалансе составляет более 
46%.

     Однако  в последние годы продукты переработки  нефти все шире используются как  сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной  химии. Например, этиловый спирт применяется  примерно в 150 отраслях производства. В  химической промышленности применяются  формальдегид, пластмассы, синтетические  волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т.д.

     Продукты  переработки нефти применяются  и в сельском хозяйстве. Здесь  используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и  т.д. В машиностроении и металлургии  применяются универсальные клеи, детали и части аппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое  применение нашел нефтяной кокс, как  анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет на огнестойкие  обкладки в печах. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых  служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и  парфюрмерной промышленности из производных  переработки нефти изготовляют  нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные  нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности. 

VII. Заключение.

     В последние годы (наряду с увеличением  выработки топлива и масел) углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья. 
Различными способами из них получают