Нафта — масляниста рідина темно-бурого або майже чорного кольо¬ру з характерним запахом. Вона легша за воду (густина 0,73-0,97г/см3), у воді практично нерозчинна.
За складом нафта — складна суміш вуглеводнів різної молекуляр¬ної маси, головним чином рідких (в них розчинені тверді і газоподібні вуглеводні). Звичайно ці вуглеводні парафінові, ароматичні, циклоалкани, співвідношення яких в нафтах різних родовищ змінюється в широких межах. Крім вуглеводнів, нафта містить оксиген-, сульфур- і нітрогенвмісні органічні сполуки.
Залежно від переважного вмісту вуглеводнів того чи іншого кла¬су в нафтовій фракції з температурою кипіння 250-300 °С розріз¬няють такі основні види нафти:
1) метанова нафта, яка складається переважно з нерозгалужених алканів;
2) нафтенова нафта, яка складається в основному з циклічних неароматичних вуглеводнів — циклоалканів, або нафтенів;
3) змішана нафта, яка включає суміш алканів, нафтенів і ароматич¬них вуглеводнів. Змішана нафта зустрічається найчастіше.
Іноді нафту класифікують за фізичними властивостями, напри¬клад на легку нафту густиною меншою 0,9 г/мл і більш важку наф¬ту. Усі види нафти мають домішки нітроген- і сульфурвмісних органічних сполук.
Дуже ймовірно, що нафта утворилася із залишків морських організмів і рослин, що осідали протягом мільйонів років на мор¬ське дно. Неорганічні речовини служили каталізаторами гниття, яке викликалося анаеробними бактеріями (тобто тими, що жили без доступу повітря). При тектонічних зрушеннях донні органічні шари опинилися в товщі Землі, де на них діяли тиск земної кори і теплота внутрішніх шарів Землі. Донні шари перетворювалися в такий спосіб на суміші вуглеводнів; рідка нафта накопичувалася у вигляді нафтоносних шарів над непроникними для неї гірськими породами.
Неорганічна теорія
Згідно з неорганічною теорією, автором якої є Д.І.Менделєєв, нафта могла утворитися з карбідів металів, що знаходяться в над¬рах Землі, і води, яка просочилася туди.
Запропонована також космічна теорія, за якою нафта могла утво¬ритися з водню і вуглецю при формуванні нашої планети.
Сира нафта звичайно не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.
Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здій-снюють на нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутних газів. У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопроду¬кти: бензин (tкип від 40 до 150-200 °С), лігроїн (tкип 120-240 °С), гас (tкип 150-300 °С), газойль — солярове масло (tкип вища 300 °С), а в залишку — в'язку чорну рідину — мазут.
Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під змен-шеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове та ін. З мазуту деяких сортів наф¬ти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону нази¬вають нафтовим пеком або гудроном.
Переробка мазуту
Мазут Мастила Вазелін Парафін Гудрон
Первинна переробка нафти Фракції нафти
бензин лігроїн гас газойль мазут
Температура кипіння, °С 40-200 120-240 150-300 Понад 300
Застосування фракцій
Продукти перегонки нафти мають різне застосування.
Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне пальне. Він складається звичайно з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від 5 до 9 атомів Карбону.
Лігроїн служить пальним для дизельних двигунів, а також роз¬чинником у лакофарбовій промисловості. Велику кількість його переробляють на бензин.
Гас застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигу¬нів, а також для побутових потреб. Він складається з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від 9 до 16 атомів Карбону.
Солярове масло використовують як моторне пальне, а мастила — для змащення механізмів.
Вазелін використовують у медицині. Він складається із суміші рідких і твердих вуглеводнів.
Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, для просочення деревини у виробництві сірників і олівців, для виго¬товлення свічок, гуталіну і т. д. Він складається із суміші твердих вуглеводнів.
Гудрон — нелетка темна маса, після часткового окиснення його застосовують для одержання асфальту.
Мазут, крім переробки на мастила і бензин, використовують як котельне рідке пальне.
Мастила, які виділяються під час перегонки мазуту, називають мінеральними (нафтовими) маслами на відміну від синтетичних масел, які одержують штучно (хоча всі масла є сумішами органічних сполук).
Важливою характеристикою пального (бензину, гасу) для двигу¬нів внутрішнього згоряння є його октанове число (ОЧ). Детонація пального в моторах пояснюється нерівномірністю процесу його зго¬ряння і залежить від якості бензину. Мірою детонаційної стійкості пального і служить ОЧ; воно чисельно дорівнює вмісту (в об'єм¬них %) ізооктану (ОЧ = 100) в його еталонній суміші з н-гептаном (ОЧ = 0), при якому ця суміш має однакові, антидетонаційні влас¬тивості з пальним, яке випробовують.
Найменше ОЧ мають нормальні алкани; ОЧ зростає при переході від алканів до алкенів, циклоалканів та ізоалканів, найбільшими значеннями ОЧ характеризуються арени, наприклад:
Октанові числа деяких вуглеводнів
Формула вуглеводню Назва Октанове число
СН3(СН2)5СН3 (н-гептан) 0
СН3(СН2)4СН3 (к-гексан) 26
CH3(CH2)4CH = CH2 (гексен-1) 63
С6Н12 (циклогексан) 77
СН3СН2СН(СН3)СН3 (ізопентан) 90
СН3С (СН3) 2СН2СН (СН3) СН3 (ізооктан; 2,2,4-триметилпентан) 110
C6H6 (бензол) 108 Бензини, одержані перегонкою нафти, мають октанові числа від 30 до 45.
При вторинних методах переробки нафти відбувається зміна струк¬тури вуглеводнів, що входять до її складу. Серед цих методів велике значення має крекінг (розщеплення) вуглеводнів нафти, який про¬водять для підвищення виходу бензину. Крекінг — це високотемпературна переробка нафтових фракцій з метою одержання більш ни¬зькомолекулярних продуктів. Застосовують два основних види кре¬кінгу: термічний і каталітичний.
Термічний крекінг здійснюється тільки під впливом високої тем-ператури. Залежно від температури розрізняють такі види терміч¬ного крекінгу.
1. Низькотемпературний піроліз, який застосовують для перероб¬ки висококиплячих фракцій нафти:
Гудрон, мазут, масла, що переганяються,
газойль + кокс.
Масла, що утворюються в цьому процесі, можна використовувати як сировину для каталітичного крекінгу.
2. Піроліз при помірних температурах.
Зріджені гази Олефіни, дієни;
(етан, пропан, н-бутан), ароматичні
легкий і важкий бензин углеводні.
Одержану суміш вуглеводнів розділяють шляхом перегонки при низьких температурах і тисках.
3. Високотемпературний піроліз застосовують для одержання низь-комолекулярних ненасичених вуглеводнів, насамперед ацетилену при 2000 °С.
Каталітичний крекінг проводиться при більш низьких темпера¬турах з використанням каталізаторів. Він застосовується в основно¬му для одержання високооктанових бензинів. Спеціально підібрані каталізатори забезпечують ізомеризацію і циклізацію вуглеводнів, унаслідок чого підвищується їх октанове число (ОЧ). Як такі каталізаторивикористовують алюмосилікати складу , а та¬кож цеоліти:
Газойль Бензин з високим
вакуумний газойль октановим числом
Каталізатор швидко дезактивується вугільним порошком (сажею), який осаджується на ньому, і його доводиться часто змінювати або очищати.
Варіантом каталітичного крекінгу є гідрокрекінг, який проводиться із застосуванням водню. Цей спосіб використовують для переробки висококиплячих фракцій нафти:
Газойль, Гази, що скраплюються,
мазут, бензин, дизельне паливо,
гудрон авіаційне пальне, сировина
для мастил.
Каталізаторами служать суміші NiO + WO3 або СоО + МоО3, на¬несені на цеоліти або аморфні алюмосилікати.
Риформінг — каталітична переробка бензинових фракцій прямої перегонки нафти за допомогою водню під тиском з використанням каталізаторів. Застосовується головним чином для одержання високооктанового моторного пального. Так, з бензинової фракції нафти з 04 = 30-45 у результаті каталітичного риформінгу одержують бензин з ОЧ = 85 - 95 . Крім того, за допомогою риформінгу виділя¬ють бензол та інші арени.
Схема каталітичного риформінгу
Бензин (фракція
перегонки нафти) Риформінг-бензин.
Як каталізатор використовують платину з добавкою ренію або суміш оксидів МоО3, СоО і Сr2О3, нанесених на А2О3 або алюмоси¬лікати; ці каталізатори сприяють протіканню реакцій дегідруван¬ня, гідрування й ізомеризації.
|