Хімічний склад і його вплив на властивості нафтопродуктів, способи одержання палива і мастильних матеріалів та їх очистки

Властивості нафтопродуктів залежать від хімічного складу нафти і способів її переробки. До складу нафти належать три групи вуглеводнів: парафінові (алкани); нафтенові (циклани); ароматичні (арени).

Зокрема, парафінові вуглеводні описуються загальною емпіричною формулою – C_nH_2n+2, де n – число атомів вуглецю. Найпростішим представником цієї групи є метан – СН₄. Парафінові вуглеводні з кількістю атомів вуглецю до 4 у звичайних умовах – гази, від 5 до 15 – рідини, а починаючи з 16 і вище – тверді. За своєю структурою парафінові вуглеводні бувають нормальними
(ланцюги вуглецю прямі) – н-парафіни та ізобудови (ланцюги розгалужені) – ізопарафіни. Парафінові вуглеводні мають найбільшу теплоту згоряння. У нормальних умовах вони хімічно стабільні, що забезпечує зростання можливих термінів зберігання нафтопродуктів. При високих температурах нормальні парафінові вуглеводні швидко окиснюються, знижуючи антидетонаційні властивості бензину, але поліпшують самозаймистість дизельного палива. Вони мають порівняно високу температуру застигання, тому погіршують низькотемпературні властивості дизельних палив. Ізопарафіни, навпаки, підвищують антидетонаційні властивості бензинів і погіршують самозаймистість дизельного палива, мають кращі низькотемпературні властивості порівняно з н-парафінами.

Нафтенові вуглеводні, як і парафіни, є основою (25–30%), а іноді переважаючою складовою частиною нафти. Емпірична формула нафтенових вуглеводнів – C_nH_2n. П’ять або шість атомів вуглецю у молекулах розміщуються у вигляді замкнутого кільця і з’єднані між собою простим валентним зв’язком. Такі молекули називають моноцикланами. У важких фракціях нафти є складні нафтенові вуглеводні у складі двох і більше нафтенових кілець, їх називають поліцикланами. Майже всі нафтенові вуглеводні мають бокові парафінові ланцюги. Нафтенові вуглеводні при низьких і помірних температурах за своєю хімічною активністю подібні до н-парафінів, а при високих (400^оС і вище) за здатністю окиснення наближаються до ізопарафінів, тому бажані у бензинах. Вони мають низьку температуру застигання і є цінним компонентом дизельних зимових палив. Присутність цикланів з боковими ланцюгами в оливах забезпечує високу антиокиснювальну і термічну стійкість, поліпшує їх в’язкісно-температурні властивості, знижує температуру застигання.

Ароматичні вуглеводні у нафті є у значно меншій кількості, ніж парафінові та нафтенові. Простим представником цього ряду є бензол, що відповідає загальній емпіричній формулі C_nH_2n-6. Молекули аренів також мають кільцеву будову, але у них одинарні зв’язки чергуються з подвійними. Ароматичні вуглеводні стійкі до окиснення навіть при високих температурах. Вони є цінним компонентом бензинів, оскільки мають високі антидетонаційні властивості, але при цьому в них підвищена схильність до нагароутворення, тому в товарних бензинах вміст ароматичних вуглеводнів не перевищує 45%. У дизельному паливі ароматики не бажані, бо знижують його самозаймистість.

У склад продуктів переробки нафти можуть входити ненасичені вуглеводні, які легко окиснюються і утворюють смолисті сполуки, здатні до реакції полімеризації та приєднання. Присутність ненасичених вуглеводнів погіршує стабільність нафтопродуктів при зберіганні та самозаймистість дизельного палива, але при високих температурах підвищує антидетонаційні властивості бензину. Також у складі продуктів переробки нафти можуть знаходитись органічні кислоти, сірчисті та азотисті сполуки, що зумовлюють корозію металів.

Розрізняють два способи переробки нафти: фізичний (первинний) і хімічний (вторинний). У процесі фізичного способу переробки структура молекул вуглеводню, що входять до складу нафти, не змінюється. Вуглеводні розділяють в атмосферно-вакуумних трубчастих установках за температурою кипіння на дистиляти або фракції. Найпоширенішими дистилятами прямої перегонки є: вуглеводневий газ, бензинові – 35-200°С, легроїнові – 110-230°С, гасові – 140-300°С, газойлеві – 230-330°С, дизельні – 280-380°С і залишок (мазут), з якого, при температурі 420-430°С одержують оливові фракції та гудрон.

З метою збільшення виходу з нафти паливних фракцій здійснюють хімічні способи її переробки – розщеплення важких вуглеводневих молекул на легші під дією температури, тиску і каталізатора. Такий процес перетворення вуглеводнів називають крекінг-процесом, який розподіляють за видами на термічний, каталітичний, гідрокрекінг, каталітичний риформінг.

Одержані фракції змішують згідно з розробленими рецептурами, готуючи різні марки палив і мастильних речовин. Але перед змішуванням дистиляти очищають від сполук, які негативно впливають на експлуатаційні властивості матеріалів. Очищення нафтопродуктів здійснюють двома способами: хімічним і фізичним.

Хімічні способи (сірчанокислотний, лужний, плюмбітами і хлоридами металів, гідрогенізація та ін.) ґрунтуються на здійсненні хімічних реакцій небажаних сполук чи елементів з реагентом.

Фізичні способи (селективними розчинниками і різними адсорбентами) ґрунтуються на розчиненні небажаних сполук або їх адсорбції на поверхнево-активних речовинах.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Охарактеризувати елементний і груповий хімічний склад нафти, вказати її походження [1, с. 17-20]; [2, с. 7-12]; [4, с. 6-10]; [9, с. 5-8].

2. Проаналізувати фізичні й хімічні способи очистки нафтопродуктів [1, с. 29-31]; [2, с. 34-36].

3. Які вуглеводні найбажаніші у бензинах? Поясніть чому [2, с. 22-25]; [9, с. 5-7].

4. Які вуглеводні найбажаніші в дизельному паливі? Поясніть [1, с. 17-20]; [2, с. 7-12].

5. Чому ненасичені вуглеводні небажані у нафтопродуктах? [1, с. 20]; [2, с. 25]; [4, с. 9].

6. Охарактеризуйте основні способи переробки нафти [1, с. 21-26]; [2, с. 27-31]; [4, с. 10-14]; [9, с. 82, 93, 113, 135].

Дата добавления: 2015-11-14