Лигроиновая (тяжелый бензин, температура кипения (150 - 250 °с) — углеводороды состава с8-с14; применяют в качестве горючего для тракторов - лигроин.

Газовая фракция (температура кипения до 40 °С), содержит нормальные и разветвленные алканы C1—С4. Раньше эти газы сжигались факельным способом. В настоящее время их стремятся улавливать и использовать как в качестве топлива, так и в качестве химического сырья – газовый бензин.

Бензиновая фракция (температура кипения 40—200 °С), содержит углеводороды С⁵-С¹¹; при повторной перегонке из нее выделяют легкие нефтепродукты, кипящие в более узких интервалах температур: петролейный эфир (40—70 °С), авиационый и автомобильный бензин (70—120 °С).

Лигроиновая (тяжелый бензин, температура кипения (150 - 250 °С) — углеводороды состава С8-С14; применяют в качестве горючего для тракторов - лигроин.

Керосиновая (температура кипения 180—300 °С), включает углеводороды состава С12—С18; используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет - керосин.

Газойль (дизельное топливо, температура кипения (270- 350 °С), используется как дизельное топливо и в больших масштабах подвергается крекингу. После отгонки указанных фракций, получивших название светлых нефтепродуктов, остается темная вязкая жидкость — мазут.

Мазут, используют как топливо в котельных установках, но основная масса его подвергается перегонке (ректификации) под низким давлением (под вакуумом). При этих условиях из мазут выделяют соляровые масла (из них получают дизельное топливо и смазочные масла); вазелин (основа для косметических средств и лекарств); парафин (применяют для производства свечей, в медицине). Остаток от перегонки мазута — гудрон, его применяют при производстве материалов для дорожного строительства (асфальт).

Фракционная перегонка нефти позволяет получить не более 20% бензиновой фракции. Кроме этого выделенный бензин должен обладать детонационной (от фр. detoner — взрываться) стойкостью.

При сгорании паров бензина в цилиндре двигателя внутреннего сгорания образуется большое количество разогретых до высокой температуры газов. Эти газы за счет резкого увеличения давления толкают поршень вдоль цилиндра, а энергия поршня передается на ведущие оси. Для эффективной работы двигателя необходимо, чтобы воспламенение воздушно-бензиновой смеси происходило при определенном расположении поршня в цилиндре. С целью полного использования энергии горения воздушно-бензиновую смесь перед воспламенением сжимают. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощность развивает двигатель. Однако сжатие некоторых углеводородов может вызвать внезапное преждевременное воспламенение — детонацию. Бензин сгорает со взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре (у мотора «звенят пальцы»), что отрицательно сказывается на работе двигателя.

Наименьшей стойкостью к детонации обладают предельные углеводороды нормального строения. Предельные углеводороды с разветвленной цепью, а также непредельные и ароматические устойчивы к детонации. Они допускают значительное сжатие воздушно-бензиновой смеси и, следовательно, позволяют конструировать более мощные двигатели.

Количественно детонационная стойкость бензина характеризуется октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость бензина к детонации. Детонационная стойкость н-гептана СН³ – СН² – СН² – СН² – СН² – СН² – СН³, который легко детонирует, условно принята за 0; а наиболее устойчивого к детонации изооктана (2,2,4-триметилпентан) принята за 100.

Октановое число бензина численно равно такому процентному содержанию изооктана в смеси с н-гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравниваемого с ним бензина одинакова. Например, если октановое число бензина равно 95, то это означает, что он допускает такое же сжатие смеси в цилиндре без детонации, как смесь из 95% изооктана и 5% к-гептана.

С высокими темпами развития автомобильного и авиационного транспорта возникла необходимость в дополнительном производстве бензина и с более высоким октановым числом. Для увеличения выхода высококачественных бензиновых фракций были разработаны химические способы переработки нефтепродуктов.

 

Вторичная переработка (химические процессы).

Исходным сырьем при вторичной переработке являются высококипящие нефтяные фракции: керосин, газойль, мазут.

Крекинг нефтепродуктов. Одним из первых способов химической переработки был крекинг. Промышленный крекинг предложен в 1891 г. русским инженером В.Г. Шуховым. Вам известно, что сущность крекинга заключается в расщеплении крупных молекул углеводородов на более мелкие и что в зависимости от условий различают крекинг термический и каталитический.

Термический крекинг осуществляют нагреванием углеводородов до 470—550 °С под давлением. При этих условиях образуется смесь жидких предельных и непредельных углеводородов нормального строения:

С¹⁶Н^{34 t, p} С⁸Н¹⁸ + С⁸Н¹⁶

гексадекан октан октен

Образовавшиеся углеводороды подвергаются дальнейшему крекингу, поэтому кроме углеводородов, входящих в состав бензина, образуются и газообразные продукты (этан, этилен, метан, водород):

t, р

С⁸Н¹⁸ С⁴Н¹⁰ + С⁴Н⁸ С⁴Н^{10 t/,p} С²Н⁶ + С²Н⁴ и т.д.

которые используют как сырье в химической промышленное

Процесс разложения углеводородов под действием высокой температуры протекает по радикальному механизму.

Бензин термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержит непредельные углеводороды. Поэтому этот бензин обладает более высоким октановым числом, чем бензин прямой перегонки. Однако, он менее устойчив при хранении поскольку непредельные углеводороды легко окисляются и полимеризуются. При его сгорании могут засориться различи части двигателя.

В настоящее время наиболее распространен каталитический крекинг. Он проводится при атмосферном давлении, в присутствии катализаторов (алюмосиликатов) и при более низкой температуре (450—500 °С). В этих условиях процесс протекает с большей скоростью, по сравнению с термическим крекингом, сопровождается не только расщеплением молекул углеводородов, но и их изомеризацией, приводящей к получению углеводородов разветвленного строения:

СН³

СН³-СН²-СН²-СН²-СН²-СН²-СН²-СН^{3 кат. t} СН³ – СН - СН² – С – СН³

н-октан сн³ сн³

2,2,4-триметилпентан (изооктан)

Каталитический крекинг сопровождается не только изомеризацией, но и ароматизацией и алкилированием углеводордов. Вследствие этого бензин каталитического крекинга, по сравнению с бензином термического крекинга, содержит не только углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов, но и небольшой процент ароматических углеводородов, поэтому он обладает большей детонационной стойкостью (октановое число около 90). Кроме этого, он содержит меньше непредельных углеводородов, что делает его устойчивым при хранении.

Следовательно, использование крекинг-процесса не только повышает выход бензина (до 65—75% в расчете на сырую нефть), но и позволяет получить бензин с более высоким октановым числом.

Риформинг (ароматизация) — это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения.

Осуществляют его путем нагревания бензина при повышенном давлении в присутствии катализатора, например платины.

Образовавшиеся ароматические углеводороды повышают октановое число бензина.

Риформинг применяют и для получения ароматических углеводородов (бензола, толуола) из бензиновых фракций, которые являются сырьем для важнейших химических продуктов.

Пиролиз проводят нагреванием нефтепродуктов до температуры 650—800 °С. В этих условиях основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол).

Из вышеизложенного следует: нефть — сырье не только для топлива, но и для производства многих органических веществ.

 

Вопросы.

1. Укажите температуры кипения пропана, пентана, гептана и нонана среди следующих: 151, 98, —42, 36 °С.

2. Декан входит в состав нефтяной фракции:

а) лигроиновой; б) керосиновой; в) бензиновой; г) газовой.

Укажите, какие еще углеводороды входят в состав этой фракции.

3. Объясните, почему перегонку мазута ведут при низком давлении, а не прибегают к повышению температуры.

4. Высококачественный бензин получают при:

а) ректификации нефти; б)термическом крекинге нефтепродуктов;

в) каталитическом крекинге нефтепродуктов; г) пиролизе нефтепродуктов.

Ответ подтвердите соответствующим уравнением.