Химические методы переработки нефтиНефть Сырая нефть, которой практически всегда сопутствует природный газ, имеет самый разнообразный состав, меняющийся не только от месторождения к месторождению, но и от скважины к скважине. Главными компонентами нефти являются парафины (алканы), нафтены (циклоалканы) и ароматические углеводороды, в основном гомологи бензола. Соответственно, с химической точки зрения нефти можно классифицировать на парафиновые, нафтеновые и ароматические в соответствии с природой преобладающих в их составе углеводородов. По технической классификации нефти подразделяются на парафиновые, нафтеновые, ароматические и асфальтовые. Последние состоят из тяжелых фракций и характеризуются низким содержанием водорода. Помимо углеводородов сырая нефть содержит небольшие количества органических соединений серы, азота и кислорода, главным образом гетероциклических. Первичная перегонка сырой нефти приводит к ее первичному разделению на жидкие фракции, кипящие в широком температурном интервале. Приблизительный фракционный состав приведен в таблице 2.1 [ бензин (нафту) не следует путать с бензином, используемым в качестве топлива для автомобилей]. Таблица 2.1 Фракции, получаемые при перегонке сырой нефти
Полученные фракции подвергают дальнейшей переработке либо путем фракционной перегонки, либо с помощью химических превращений. С помощью различных физико-химических и химических методов (обработка серной кислотой, олеумом) из высококипящих нефтяных фракций выделяют важные продукты, используемые в качестве базовых инертных компонентов в мазях, кремах и других аналогичных косметических и лекарственных средствах. Такими продуктами являются: • вазелин – мазеобразная масса, получаемая загущением нефтяных масел петролатумом, парафином и церизином. В Российской Федерации для медицинского использования выпускается " вазелин медицинский " (Medical Vaseline), на который распространяется ГОСТ 3582-84 и ФС 42-2456-97. В качестве вспомогательного вещества, используемого при изготовлении лекарственных средств, используется также " вазелин белый ". В Британской фармакопее аналогичные продукты имеют названия “ Yellow Soft Paraffin ” и " White Soft Paraffin ", соответственно. Эти продукты используются в качестве мазевых основ. • вазелиновое масло медицинское (Medical petrolatum) – бесцветная маслянистая прозрачная нефлуоресцирующая жидкость без запаха и вкуса, растворяется в эфире и хлороформе, плотность при 20оС 0.870-0.890 г/см3, вязкость 28.0-38.5 мм2/с при 50оС, т.исп. Ê 185оС. На данный продукт действует ГОСТ 3164-78. В Британской Фармакопее описаны следующие аналогичные продукты: “ Liquid Paraffin ”; фармацевтическое действие – умягчитель кала, лекарственные формы – эмульсия жидкого парафина для наружного применения, эмульсия жидкого парафина и гидроксида магния для наружного применения • парафин – смесь алканов С18-С35, в основном нормального строения, т.пл. 40-65оС, не растворяется в воде и спирте, растворяется в минеральных маслах и органических растворителях. На парафины действует ГОСТ 23683-89. В Британской Фармакопее описана субстанция под названием “ Hard Paraffin ”. • церезин – смесь алканов С26-С55, в основном разветвленных, воскообразное вещество от белого до коричневого цвета, т.пл. 65-88оС, не растворяется в воде и спирте, ограниченно растворим в минеральных маслах, растворим в бензоле. В Российской Федерации на данный продукт действует ГОСТ 2848-79. Согласно этому ГОСТу церезин не может использоваться в пищевой промышленности. • масло парфюмерное (Perfume oil) –высокоочищенное нефтяное масло, представляющее собой бесцветную маслянистую прозрачную нефлуоресцирующую жидкость без запаха и вкуса; вязкость 16.5-23.0 мм2/с при 50оС, кислотное число 0.01 мг КОН на 1 г масла, т. заст. –8оС, т.исп. Ê 175оС. В Российской Федерации на данный продукт действует ГОСТ 4225-76. Очень важным процессом является выделение н-алканов из средних дистиллятов (керосин, газойль), поскольку алканы С12-С18 служат исходным сырьем для получения поверхностно-активных веществ и пластификаторов. Химические методы переработки нефти Наиболее важными химическими методами первичной переработки нефти являются следующие: крекинг, риформинг, алкилирование и изомеризация. Коротко рассмотрим эти процессы. Крекинг представляет собой процесс высокотемпературной переработки нефти. Этот процесс может протекать как в отсутствии, так и в присутствии катализаторов. В процессе крекинга происходит разрыв связей С-С и С-Н в углеводородной цепи с образованием радикалов, которые затем превращаются в алканы и a-алкены с меньшей молекулярной массой, чем у исходного алкана:
m = x + y + 2 С практической точки зрения крекинг важен как метод получения этилена, пропилена и α-алкенов. В процессе риформинга происходят изменения молекулярной структуры углеводородов: • дегидрирование нафтеновых углеводородов (циклоалканов) в ароматические:
метилциклогексан толуол В настоящее время это один из основных способов промышленного получения толуола. • изомеризация циклических углеводородов с последующей ароматизацией (алкилциклопентаны → алкилгексаны → алкилбензолы):
метилциклопентан циклогексан бензол В настоящее время это один из основных промышленных методов получения бензола. • дегидроциклизация алканов в ароматические углеводороды:
н-октан орто-ксилол этилбензол Аналогичным образом из н-гексана может быть получен бензол, а из н-гептана - толуол. Данный процесс также является основным при промышленном получении указанных ароматических углеводородов. Изомеризация - это перегруппировка н-алканов в изоалканы. Очевидно, что с химической точки зрения изомеризация является частным случаем риформинга. В качестве исходного сырья используют бутан, пентан, гексан, гептан и октан; в качестве катализаторов - хлористый алюминий или платиновые катализаторы. Процесс ведут при 300-400оС (в случае платиновых катализаторов):
октан изооктан Алкилирование представляет собой реакцию между алкеном и алканом в присутствии кислого катализатора (AlCl3, H2SO4), приводящую к образованию более тяжелых алканов с разветвленной структурой. Алкан берут в избытке, чтобы подавить полимеризацию алкена.
|
Керосин средние
Газойль дистилляты
