Циклоалканы и гибридные углев-ды Н

Химия

1.Роль нефти и газа в современном мире.Н. с начала ее промыш-й добычи и до настоящ-о времени явл-ся предметом острой и конкур-й борьбы, причиной многих междунард-х конфликтов и войн. Большая часть добываемой в мире Н 83-90% перераб-ся в различные виды топлива и в смазоч-е материалы. В последнее время большое развитии получ-т использ-е сырья Н д/орган-го синтеза. На ряду с нефтяной интенсивно разв-ся и газовая пром-ть. Мировые прогнозные запасы природного Г оценив-я в 200 трилионов м3. Сущ-т месторож-я прир Г, кот-е предст-т собой обособленные скопления несвяз-е с другими п/иск. Сущ-ют газоконденсатные местр-я, в кот-х в Г-х растворены жидкие углев-ы. В пластовых условиях Г и конденсат нах-ся в 1й газовой фазе. В нефт-х пластах и легкие и тяж-е углев-ы нах-ся в жид-й фазе.

2.Этапы развития нефтеперерабатывающей пром-ти.

1) начальный период: в древних рукописях упомин-я выд-е Н и Г из гор пор. Древние примен-и их в медицине в воен-м деле и в строит-е как топливо и осветит-е средство. В основном примен-сь светлая жид-ть (Н). Со временем стало нехват-ть и стали испол-ть примент-ю перегонку тяж-го в-ва. В 1821-23г братьями Дубининами была сооружена 1я пром-я устан-ка д/перегонки Н. Основным агрегатом был куб переодич-го действия, а единств-м целевым прод-том – осветительный керосин. Легкую бензин-ю фр-ю и тяж-й остаток сжигали. На смену кубам в 80-х годах 18в пришли кубовые батареи непрерыв-го действия (рус инженеры Инчик, Шухов, Елин). В 1876г изобр-на форсунка д/сжиг-я жид-го топлива. Это позволило начать примен-е мазута как топлива д/паровых котлов. Менделеев обосновал возм-ть получ-я из мазута смазоч-х масел. Познее появ-сь первые заводы по произ-ву масел из Н с начала в России потом в США. В 1890г Шухов, Гаврилов запонтентовали трубчатую нефтеперег-ю установку непрер-го действия, состоя-ю из огневого змеевикового нагрев-я, испарителя, ректифик-й колонны, теплообм-й аппаратуры. 2) Развитие в 1й половине 20в. Из Н выделяли только первоначально присут-е в-ва, затем д/увел-я выхода и качества начали испол-ть вторич-е прод-ы перераб-и Н. Они хар-ся примен-м термич-х химич-х методов воздей-я на первичные выдел-ся прод-ы. В 1913г в США введена в экспл-ю 1я установка термич-го крекинга в газойливых фр-ях Н под Р. В 20-30г 20в в связи с увел-м степени сжатия в автом-х двиг-х повыс-сь требов-я к антидетанац-й стой-ти бензина. Д/пол-я высокоокт-го бензина предн-ся процесс катал-го крекинга средних дисцил-в, алкилиров-е непред-х углев-в, полимер-я алкенов. 3) Во 2й половине 20в в посл-е годы в перераб-у Н были внедр-ы новые вторич-е процессы – кат-й крекинг, кат-й риф-нг на платин-м катал-ре, гидрооч-ка, дисцилятор. Эти процессы позв-ли улучшить кач-во нефт-тов, топлив, произв-во углев-го сырья. Широкое разв-е пол-ло сырье д/произ-ва синтет-х жирных к-т, синтет-го спирта, искус-х волокон, синтет-го каучука, минер-х удобр-й.

3) Фракционный состав нефти. Нефти представляет собой смесь органических соединений. В составе обнаружены у/в различного строения и гетероорганические соединения. Важным показателем качества н. является фракционный состав, определяет путем перегонки н на фракции, они отличаются t выкипания. Фракции, выкипающие при t выше 350 -темные; до 350 – светлые. При атмосферной перегонке получаются фракций. Название, которой присвоено в зависимости от направления их дальнейшего использования: н.к. не более 90; 140-180 -тяжелая нефть; 140-220(180-240) керосиновая; 180-350(220-240; 240-250) дизельная. Остаток, полученный после отбора светлых дист. называется мазутом, его разгоняют под вакуумом. Их разделяют: для получения топлива З50-500 вакуумный газойль; >500 гидрон для масел: 300-400(350-420), легкая масленая фракция. 400-450(420-490) средняя масленая фракция >490 гид. Соединение углерода в н. 83-87%, н 11-14…5%

4) Химическая классификация нефти. В зависимости от плотности н раздел-т легкие р<0,828г/см^З утяжеленные р0,8280,884 тяжелые р>0.884 в легких нефтях соединяются больше бензиновых фракций тяжелые - высокое соединение смол. Грозненский институт в основу химической классификации положил соединение в нефти какого-либо одного или нескольких классов. По ней различают следующие нефти: парафиновые парафинонафтеновые; нафтеновые; парафино-нафтено-ароматические; нафтеноароматичес-кие; ароматические. В 1. фр. Содержат значительное кол-во алканов 2. алканы, цикло алканы немного аренов; для 1и2 небольшое соединение смол и асфаль-тенов. 3. много циклоалканов. алканов мало; 4. у/в 3-х классов содержатся в равных количествах, смол и асфальтенов 10%5. циклоалканы и арены, смол и асфальт. 15-20%; 6. высокая плотность.

5)Технологическая классификация нефтей.С 1967 действует технологическая классификация нефтей. По ней нефти подразделяются на: классы по содержанию серу в нефти, бензине, реактивном и дизельном топливе, на типы по выходу фракций выкипающих до 350⁰С, на группы по потенциалу содержанию базовых масел, на подгруппы по индексу вязкости базовых масел, на виды по содержанию твёрдых алканов. По содержанию серы в нефти подразделяются на малосернистые, сернистые, высокосернистые. Малосернистые содержат не более 0,5% серы, при этом бензин реактивное топливо содержит серу не более 0,1%, а дизельное не более 0,2%. Сернистые нефти содержат от 0,51-2% серы, при этом бензиновая фракция содержит не более 0,1%, реактивное топливо 0,25% и дизельное 1%. Если 1 или несколько видов топлив содержат серу в большом количестве, то нефть относят к высокосернистой. Высокосернистая нефть содержит не более 2% серы, в реактивном >0,25%, дизельном>1%, бензине>1%. Если в нефти содержится не боле 1,5% парафинов, из этой нефти без депарафинизации можно получить реактивное топливо, зимнее дизельное топливо с пределами перегонки 240-350⁰С и t застывания не выше 45⁰С, а также базовые масла, то такую нефть относят к мало – парафинистым. Если в нефти содержится от 1,5 – 6% парафинов и из неё без депарифинизации можно получить реактивное топливо (с t кипения 240-350⁰С) и t застывания не выше -10⁰С, то нефть относят к парафинистым. Высоко – парафинистымы называется нефть в которой содержится больше 6% парафинов.

6) Алканы нефти.Алканы представляют собой газообразные, жидкие и твёрдые вещества. Газообразные соединения содержат в цепи от 1 до 4 атомов углерода. Они входят в состав попутных природных газов. Соединения содержащие С₅-С₁₅ представляют жидкие вещества начиная с гекса-декана (С₁₆) является твёрдыми, которые при обычной температуре могут находится в растворимом, либо в кристаллическом состоянии в нефти и высоко кипящих фракциях. Содержание алканов в нефти составляет 25-30%. С учетом у/в повышения до 40-50⁰С повышением средней молекулярной массы фракций. Содержание в них алканов понижения. Исключительно высокопара-финистые нефти алканы нефти имеют изомеры нормального и разветвлённого строения, относит, содержание зависит от типа нефти. В нефтях глубокого прев­ращения нормальные алканы составляет 30%, затем следуют изомеры с метильной группой, в положении 2 несколько ниже содержание изомеров с заместителем в положении 3 двузамещенные изомеры имеют симметричное строение.

7) Газообразные алканы.В зависимости от месторождения у/в газы под­разделяют на природные, попутные и газы газоконденсатных месторождений. Природные газы добывают в чисто газовых месторождениях, они состоят в основ­ном из метана(93-98%) с неболь­шой примесью этана, пропана, бутана, пентана, N,N0₂. Это сухие газы. Попутные газы добываются вместе с нефтью. При выходе нефти на поверхность газы при давлении выделяется из нефти. Это жирные газы. Они служат источником для извлечения из них легкого бензина газоконденсатных залежей - это скопление в недрах газообразных у/в. из которых при понижении давления выделяется жидкая у/в фаза (конденсат)-это смесь у/в Конденсат бывает сырой и стабильный Сырой конденсат представляет собой жидкость получаемую в промысловых сепара­торов при данных д-ии и температуры. Он содержит жидкие при нормальных условиях у/в, в которой растворено, то или иное количество газообразных у/в. Стабильный конденсат получают из сырого путем дега­зации. Основная часть конденсатов состоит из бензиновых фракций.

8) Алканы легких фракций нефти.Алканы С5-С9 входят в состав бензиновых фракций в обычных условиях - жидкость бензиновых фракций 11-и в основном представляет соединениями с простейшими заместителями. Однако имеются нефти, в которых присутствуют изомеры с длинными боковыми цепями. Анализ данных с соединениями индивидуальных алканов в бензиновых фракциях одинаков пределов пе­регонки покачало, что в наиб, кол-ве находится простейшие у/в. а следующим изомером является метил замещенный изомер в поло­жение 2 или 3. Найдены все 5 изомеров гексана и из 9-ти гептанов выделено 7. из 18-ти изомеров октана выделен 16, количественное содержание сильно разветвленных изомеров незначительно.

9) Алканы средних фракций нефти. На основании анализа керосиновых фракцийвыделено из 77 отечественных и зарубежных нефтях, что в них присутствует 10 изомеров декана. Из СН-в С₁₁-C₁₆ найдены ундекан, додекан, (С₁₂Н₂₆). тридекан, тетордекан, пентодекан, гексодекан (цетан). Из изомеров определены моно- и диметил замещениеалканысостава С₁₁-C₁₅ содержание метилзамешенного изомера по­нижается помере перемещения СН₃ группы в центре молекул. К настоящему времени число выделенных или опре­деленных алканов нефти составляет более 600. Лучше всего изучены нормальные алканы. В нефти установлено присутствие всех нормальных алканов начиная с C₄Н₁₀ бутана (t кипения=0.5), до три, триоктана С₃₃Н₆₈ (t кип =475). В некоторых из них выделены с частотой 99%. Содержание нормальных алканов в нефтях понижается с повышением молекулярной массы. Количество высших гомологов составляет 0.10 % и ниже.

10) Изопреноидные углеводороды нефти.К алифатическим изопренодам относятся соединения, обладающие полиизопренным скелетом. Они имеют характерные чередования метильных заместителей цепичерез 3 метильные группы. Их можно рассматривать, как продукты полимеризации изопрена. Строение изопреноидных углеводородов нефти состава С14 – С20 можно представить в следующем виде. Содержание изопреноидных углеводородов в нефти колеблется в пределах 3-4% в расчете на нефть. В парафинистых нефтях наблюдается преобладание пристана (С19) и фитана (С20) над остальными изопреноидами. В нафтеновых нефтях преобладают изопреноиды состава С14-С-15-С16. Для большинства исследуемых нефтей характерно, что среди изопреноидных алканов, состава С21-С25 преобладают изопреноиды С21. В нефтях идентифицированы Изопреноидные алканы регулярного типа строения вплоть до С40. В последнее время в ряде нефтей обнаружены псевдо или нерегулярные изопреноиды.

11) Твердые алканы.Алканы С16 и выше при н.у. представляют собой твёрдые вещества. Они входят в состав нефтяных парафинов и церезинов. Их разделили на основании различия кристаллической, структуры у/в и их химические и физические свойства. При одинаковой t плавления церезины отличаются от парафинов более высокими молекулярными массами более высокой вяз­костью и плотностью. Церезины энергично взаимодействуют с дымящей серной и хромсульфановой кислотой, а парафины в взаимодействии с ними слабо в нефтяных парафинах соединяются 25-35% изоалканов, а церезинах их значительно больше. Нефтяные парафины представляют собой смесь алканов разной молекулы т а оси - компонентом церезинов являются нафтеновые у/в содержащие в молекулах боко­вые цепи, как нормального, так и изостроение с преобладанием последнего. Молекулярная масса парафинов находится в пределах 300-450, церезинов 500-850. Отличительный признак церезинов - это микрокристаллическая структура, т.е. они состоят из более мелких кристаллов чем парафины.

Циклоалканы и гибридные углев-ды Н.

Циклоалканы присут-т во всех фр-х. Наиболее устойчивы 5 и 6 членные циклы. Они и приобл-т в Н. Массовое сод-е нафтенов от 25-75%. Обнаружены многие гамологи циклопентана и циклогексана, высшие фр-и Н сод-т бициклич-е, трицикл-е угле-ы разл-го стр-я главным образом с 2мя общими ат. С. В Н найдены углев-ды предст-е собой различные колеб-я 5 и 6членных циклов, часто содер-х аромат-е кольца, такие соед-я наз-т гибридными углев-ми. Нафтен-е углев-ды сост-т часть высококипящ-й фр-и любой Н. При их анализе испол-т стр-но групповые методы. Разработан масс-спектральный метод опред-я концентр-й нафтенов, содер-ся от 1 до 5 циклов в мол-ле. Относит-но концентрационное распред-е нафтенов в завис-ти от числа циклов в мол-ле наз-ся нафтеновым паспортом. Общие закон-ти нафтен-х паспортов явл-ся преобл-е моно- и бицикланов над остальными углев-ми. В среднем д/больш-ва Н сод-е моно- и бицикл-в состав-т 50-60% от всех нафтенов; С ростом молек-й массы нафт-в повыш содер-е в них полиц-х мол-л. Мах сод-е циклов нафтенов=5, но установлено, что может достиг-ть 8.

13) Кислородсодержащие. Эти соединения в нефти России редко превышают 10%. Они представлены в нефти кислотами, фенолами, кетонами, эфирами и редко ангидридами. Наиболее распространенными являются кислородосодержащие соединения кислоты и фенолы. Они обладают кислы­ми свойствами и м/б выделены из нефти с помощью щелочи. Их суммар­ное количество обычно оценивают кислотным числом - это есть количество КОН пошедшие на титрование одного грамма нефтепродукта. Нефтяные кислоты - это все алифатические, алициклические ароматические, гибридные кислоты Нефтяные фенолы-С₆-С₉ – низшие. Промышленное значение имеют нафтеновые кислоты, точнее их соли (нафтенат) Большинство солей нафтеновых кислот не кристаллизуются. Их используют как моющие и чистящие средства Натри­евые и калиевые соли служат эму­льгаторами при получении масел и деэмульгаторы при обезвоживании нефти.

14)Серосодержащие. Внефти встречаются в виде растворимой элементной серы, виде сероводородов, в виде сложных соединений, содержащих атомы серы и кислорода, азота. При нагревании нефти выше 100 сероводород может образовываться за счет нестабильных сернистых соединений. По содержанию тиола нефти подразделяют на: меркаптиновые и безмеркаптиновые. Меркаптиновые имеют СН функциональную группу R-СН тилоэфир R₁-S-R₂ распространены в средах дистиллированных фракций нефти. Нефтяные сульфиды подразделяют на 2 группы - соединения, содержание атома серы и циклические сульфиды, в которых атом серы входит в полиметиленовое кольцо. Циклическое содержание атома серы может входить в состав конденсиро­ванной циклической у/в системы, включающей до 7 колец. Дисульфиды R₁-S-S-R₂. Встречаются в легких и средних фракциях по свойствам они сходны с сульфидами. Все серосодержащие соединения кроме низших меркаптанов химически нейтральны и очень близки по свойствам аренам. Для уда­ления серосодержащих соединений из нефтяных фракций исполь­зуют гидрированием и вся сера удаляется.

15) Азотсодержащие. Содержание азота в нефти редко превышает 1%. Азотосодержащие соединения сосредоточены в высоко кипя­щих фракциях и особенно в тяжёлых ос­татках обычно азотосодержащие соединения делят на 2 группы - азотистые основания и нейтральные азотистые соединения Азотистые основания легко выде­ляются минеральными кислотами и поэтому они наиболее, изучены. В настоящее вре­мя в нефти и их фракциях идентифицировано более 50 индивидуальных азотистых оснований. Среди них моно, ди и триметилпиридины, а также их производные по степени цикличности азотистые основания являются ароматическими гомоло­гами пиридина. Нейтральные азотистые соединения нефти представле­ны структурами следующего типа.

16) Смолисто-асфальтеновые вещества. Они сосредоточены в тяжёлых остатках, а именно в утронах и гидронах. Химической характеристикой состава тяжёлых нефтяных остатков является количественное содержание в них групповые компонентов. Оно заключается в отделении асфальтинов от мальтинов. Разделение асфальтинов и мальтинов заключается в различном их отношении к алканам. Асфальтины нерастворимы мальтины растворимы Мальтины методом адсорбционной хромотографии на селикогелях или на оксиде алюминия делят на 5 компонентов: парафино-нафтеновые, моно-, би-циклоароматические соединения, тоуольные и спиртотолуольные смолы. Первые 3 компонента представляют собой - остаточные масла – это вязкие жидкости, имеющие цвет от желтого до темно-коричневого цвета. Смолы - вязкие малоподвижные жидкости или аморфные твёрдые тела от темно-коричневого до белого. Смолы нестабильны, они могут превращаться в асфальтены, т.е. перестают растворяться в нормальных алканах С₅-С₈ Асфальтены - аморфные твёрдые тела черного цвета, при нагревании переходят в пластичное состояние (t 300) При более высокой они разлагаются с образованием газообразных и жидких веществ и твёрдого остатка (кокс). Фрагменты асфальтенов имеют 3 ароматических или гетероароматических кольца. Молекула состоит из 4-5 таких фрагментов.

17) Плотность нефти и методы определения пл-ть н/п.Плотность нефти и н/п определяют при 20⁰С и относят к плотности воды при 4⁰С. В качестве стандартных в России приняты ареометрический и пикнометрический методы определения плотности. В среднем относительная плотность нефти колеблются от 0,82 – 0,90, однако встречаются нефти с плотностью близкой к 1 и нефти с низкой плотностью вплоть до 0,72. Молекулярная масса важнейшая характеристика нефти – этот показатель даёт среднее значение молекулярной массы вещества, входящих в состав той или иной фракции нефти. Он позволяет сделать заключения о составе н/п молекулярной массы узких фракций (50⁰С) различных нефтей с одинаковыми пределами перегонки имеют достаточно близкие значения. Определение молекулярной массы н/п как и индивидуальных веществ вообще проводят различными методами, это объясняется разнообразием свойств этих продуктов. В аналитической практике применяют следующие методы определения молекулярной массы: криоскопический, эбуллиоскопический, и реже осмометрический метод. Кроме того существуют приблизительные расчетные методы определения молекулярной массы например по температуре кипения н/п.

18) Вязкость.Для характеристики вязкости нефти и н/п широко применяется кинематическая вязкость Условная вязкость применяется для характеристики высоковязких элементов. Эта величина, которая выражается отношением времени вытекания определенного объема воды и н/п из стандартного прибора. У.В. определяется сравнением времени вытекания 200 см^З воды при 20⁰С. Для оценки вязкостно-температурных свойств масел применяют следующие методы: индекс вязкости: температурный коэффициент вязкости. И в отношение кинематической вязкости н/п при 50⁰ С. Многие нефти и некоторые масла обрабатываются дисперсными системами. В результате кристаллизации части входящих в них компонентов (асфальтиты парафины). В этом случае течение жидкости перестает быть пропорциональным приложенной нагрузки, т.к. не подчиняется закону Ньютона. Из-за образования внутри жидкости кристаллизованных частиц, вязкость таких систем - структурная. Для разрушения требуются усилия - предельной упругости после разрушения структуры появляются Ньютоновские свойства т.к. вязкость характеризует зависимость вязкости от температуры в интервале от 0 до 100⁰С или от 20 до 100⁰ С. Исходными данными для расчета является значение кинематической вязкости при 0, 50, 100⁰С.

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 238; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!