11 himpopel p u

Розрізняють первинні) і вторинну переробку нафти. Основу первинної переробки становить перегонка, а вторинної — хімічні реакції, під час яких змінюються склад і будова молекул вуглеводнів.

Перегонка нафти. Вам відомо, що нафта є сумішшю, у якій переважають вуглеводні. Кожна сполука має певну температуру кипіння. Отже, нагріваючи нафту, можна поступово виділяти з неї окремі речовини в газуватому стані. У промисловості в такий спосіб, тобто перегонкою, із нафти добувають суміші речовин, що киплять у певному температурному інтервалі. Такі суміші називають фракціями (табл. 3).

Таблиця З

Характеристики фракцій, які добувають перегонкою нафти

Назва	Кількість	Інтервал	Застосування
фракції	атомів	температур
	Карбону в	кипіння, °С
	молекулах
	вуглеводнів
Бензин	С5 — Сц	40—200	Пальне для авіаційних та
			автомобільних двигунів
Лігроїн	Се—Сі4	150—250	Пальне для тракторів
Гас	Сі2—Сі8	180—300	Пальне для тракторів,
			реактивних літаків
			і ракет
Газойль	С15—С22	230—350	Дизельне пальне
Мазут*	С23—...	> 350	Паливо для котлів,
			промислових печей;
			хімічна сировина**

*Залишок після перегонки нафти.

**Перегонкою мазуту у вакуумі добувають мастила.

Перегонку нафти здійснюють у безперервно діючих ректифікаційних колонах тарілчастої конструкції (мал. 44, 45). Нафту попередньо нагрівають до кипіння і разом із гарячою водяною парою вводять у колону, де газова суміш поступово охолоджується. При цьому спочатку

.118

Мал. 44. Схема установки для перегонки нафти:

а — трубчаста піч; б — ректи-

фікаційна

колона

	Пара бензину,	//	М	, Холодильник
	гази Сі—С4	і |
			V,	Гази
				Бензин С5 —С1 ±
	Тарілка			Лігроїн С8 —С1 4
				* Гас	—С18

-» ГазойльС15—С22

	Нафта	Водяна пара
		Мазут
		б

зріджуються вуглеводні з більшими молекулярними масами (вони мають вищі температури кипіння), потім — із меншими. Розчинені в нафті вуглеводні, що за звичайних умов є газами, виходять із верхньої частини колони.

Відносні кількості продуктів перегонки нафти наведено на малюнку 46.

Важливим продуктом переробки нафти є бензин. Якість бензину визначають за його

Мал. 45.	Мал. 46.
Ректифікаційні колони	Приблизний розподіл
на нафтопереробному	продуктів перегонки
заводі	нафти за масою

.119

	стійкістю до детонації1. Так називають явище
	дуже швидкого, вибухового згоряння парів
	речовини в суміші з повітрям при стисненні.
	Чим більше в бензині алканів розгалуженої
	будови і аренів, тим він стійкіший до детона-
	ції, а чим більше нерозгалужених алканів,
	тим він легше детонує.
		Детонаційну стійкість бензину характеризу-
	ють октановим числом. Для створення шкали
СН3	цих чисел було обрано два вуглеводні —
СН3 - С-СН2 -СН-СН3			СН3 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СНз
СНз	СНз
2,2,4-триметилпентан (ізооктан)				к-гептан
	Октанове число для ізооктану, який важко
	детонує, взято за 100, а для к-гептану, що легко
	детонує, — за 0. Якщо октанове число бензину
	становить 95, то його стійкість до детонації
	така сама, що й суміші ізооктану та к-гептану з
	їх об'ємними частками відповідно 95 і 5 %.
		Чим вище октанове число, тим бензин стій-
	кіший до передчасного спалахування в камері
	згоряння, витримує більший тиск без детонації
	і тим потужніше може працювати двигун.
		Октанові		числа найуживаніших марок
		пального — 76, 80, 92, 95 і 98 (мал. 47).
		Бензин,		добутий перегонкою нафти,
		має невисоку якість; його октанові числа
		здебільшого становлять 40—55.
		Крекінг2 — процес вторинної переробки
		нафти. Він полягає в сильному нагріванні
		її високотемпературних фракцій — гасу,
		газойлю, мазуту з метою добування більш
		легких вуглеводнів. За таких умов розри-
		ваються зв'язки в карбонових ланцюгах
Мал. 47.		молекул вуглеводнів і відбувається їх
		перебудова. Застосування крекінгу дає
Асортимент пального		змогу істотно збільшити загальний вихід
(справа — вартість
1 л пального)		бензину.

1Термін походить від латинського слова сіеіопаге — прогриміти.

2Термін походить від англійського слова сгаск — розщеплювати.

.120

Існують два види крекінгу — термічний і каталітичний.

Термічний крекінг здійснюють за температури 450—550 °С і тиску в кілька атмосфер. Під час цього процесу молекули вищих алканів розщеплюються на молекули алканів та алкенів із меншою довжиною карбонових ланцюгів:

С16Н34 —'—> С8Н18 + С8Н]6;

гексадекан октан октен

С12Н2Й 'р > С8Н18 + С4Н8;

додекан октан бутен

С6Н14 + С2Н4.

октан

гексан

етен

Серед продуктів розкладу вуглеводнів може бути і водень.

Такі реакції відбуваються за радикально-лан- цюговим механізмом. Унаслідок розриву а-зв'яз- ку між атомами Карбону в молекулі алкану утворюються радикали:

СН3-СН2-СН3 -І» СН3• + СН2-СН3.

Ці частинки сполучаються в молекули нових алканів

Н3С- -ь СН3 —у Н3С—ЄН3, СН3СН2- + СН2СН3 СН3-СН2-СН2-СН3

або «відбирають» атоми Гідрогену один в одного: Н3С• + •СН2СН3 СН4 + СН2=СН2.

Бензин, добутий термічним крекінгом, має вище октанове число (65—70), ніж у результаті перегонки нафти. Проте в ньому містяться ненасичені вуглеводні, окиснення яких призводить до погіршення якості бензину під час транспортування та зберігання. З метою уповільнення процесів окиснення до бензину добавляють спеціальні речовини.

Каталітичний крекінг здійснюють за нижчої температури, ніж термічний, невисокого тиску і наявності каталізаторів (алюмосилікатів). Реакції відбуваються значно швидше, ніж при термічному крекінгу, причому водночас із розкладом молекул вуглеводнів

.121

п р о х о д и ть ізомеризація а л к е н і в і п р и є д н а н н я до н и х водню ( а л к а н и м а й ж е не ізомеризують -

ся). Унаслідок цього утворюються

п е р е в а ж н о

в у г л е в о д н і р о з г а л у ж е н о ї

будови,

а т а к о ж

ц и к л і ч н і й а р о м а т и ч н і .

Б е н з и н ,

добутий

к а т а л і т и ч н и м

к р е к і н г о м ,

має п і д в и щ е н и й

вміст

аренів,

досить

високе

октанове

число

(75 — 80)

і

не

втрачає

своїх

я к о с т е й із часом,

о с к і л ь к и містить м а л о нена-

с и ч е н и х вуглеводнів .

Риформінг1

—

спосіб

переробки

нафтопро-

дуктів

бензинової

та

лігроїнової фракцій,

за

допомогою

якого

добувають

високоякісний

бен-

зин із октановими числами від

77 до 86, а також

ароматичні

вуглеводні

та

водень.

Існує термічний і каталітичний риформінг. Обидва процеси здійснюють за високих температури і тиску, а каталітичний — ще й за участю каталізаторів.

Октанове число бензину підвищують за допомогою спеціальних добавок — антидетонаторів, н а п р и к л а д т е т р а е т и л с в и н ц ю (С2 Н5 )4 РЬ ( х і м і ч н а н а з в а с п о л у к и — т е т р а е т и л п л ю м -

бум). Однак	п р и з г о р я н н і бензину	з т а к о ю
добавкою в атмосферу п о т р а п л я ю т ь		отруйні
с п о л у к и П л ю м б у м у . Тому в багатьох		к р а ї н а х
в и к о р и с т а н н я	т е т р а е т и л с в и н ц ю заборонене .

Н и н і все ч а с т і ш е застосовують екологічно безпечні антидетонатори .

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 6

Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів

Р о з г л я н ь т е к о л е к ц і ю з р а з к і в н а ф т о п р о д у к т і в і заповніть

та б л и ц ю :

1Термін походить від англійського слова ге£огт — перетворювати, виправляти.

.122

Назва	Зовнішній	Сфери
нафтопродукту	вигляд	використання

	З а б р у д н е н н я д о в к і л л я н а ф т о ю і
	н а ф т о п р о д у к т а м и . Останнім часом
	п о ч а с т і ш а л и в и п а д к и п о т р а п л я н н я
	н а ф т и і н а ф т о п р о д у к т і в в о к е а н и і
	м о р я через	аварії танкерів,		нафто-
	видобувних п л а т ф о р м (мал .			48). Це
	з а в д а є с е р й о з н о ї ш к о д и в с ь о м у
	ж и в о м у , що м е ш к а є в гідросфері,
Мал. 48.	с п р и ч и н я є	з а б р у д н е н н я		берегів .
	Н а ф т у і н а ф т о п р о д у к т и збирають із
Наслідки витоку нафти	поверхні води,		а на суходолі вида-
	л я ю т ь разом із		ш а р о м ґ р у н т у .

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. При цьому добувають бензин, гас та інші нафтопродукти.

При вторинній переробці н а ф т и	(крекінгу)
відбуваються хімічні реакції за участю різних
вуглеводнів. Розрізняють термічний	і каталі-

тичний крекінг.
Якість п а л ь н о г о	оцінюють	за	о к т а н о в и м
числом. Ч и м воно більше, тим		в и щ а стійкість
пального до детонації (вибухового згоряння).
Охорона довкілля від забруднень нафтою і
нафтопродуктами є	актуальною		екологічною
проблемою.

144. Назвіть процеси, які покладено в основу первинної та вторинної переробки нафти.

145. Які продукти утворюються при перегонці нафти?

.123

146. Чим відрізняється крекінг від перегонки? Які види крекінгу існують?

147. Що таке октанове число? Прокоментуйте значення октанового числа 80.

148. Які вуглеводні мають більші октанові числа — нормальної чи розгалуженої будови?

149. Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються під час переробки нафти:

а) перетворення н-пентану на диметилпропан; б) дегідрування н-октану з утворенням 1,2-диметилбензену.

150. Обчисліть мольне співвідношення ізооктану та н-гептану в їхній суміші з октановим числом 76, якщо густини цих вуглеводнів становлять відповідно 0,692 і 0,684 г/см3 .

151. Після каталітичного крекінгу нафти утворилася суміш вуглеводнів із масовими частками ізооктану і толуену відповідно 11,4 і 4,6 %. Скільки молекул ізооктану припадає в суміші на одну молекулу толуену?

Хімічна переробка вугілля

Матеріал параграфа допоможе вам:

дізнатися про способи хімічної переробки вугілля; отримати відомості про продукти коксування,

газифікації та гідрування вугілля.

В у г і л л я	в и к о р и с т о в у ю т ь н е л и ш е я к пали -
во. Воно є	цінною сировиною д л я добування

о р г а н і ч н и х с п о л у к , з о к р е м а а р о м а т и ч н и х . Із

к а м ' я н о г о в у г і л л я в и р о б л я ю т ь кокс,			без я к о г о
н е м о ж л и в о	в и п л а в л я т и	чавун .
І с н у ю т ь	т р и способи	х і м і ч н о ї п е р е р о б к и
в у г і л л я —	коксування,	газифікація	і гідру-

вання.

.124

		коксовии газ	К о к с у в а н ня — п р о ц е с р о з к л а д у
	вугілля		в у г і л л я			з а	в и с о к о ї			т е м п е р а т у р и
			й в і д с у т н о с т і п о в і т р я . К а м ' я н е
	«ошвд»		в у г і л л я		нагрівають				у с п е ц і а л ь н и х
		вода	( к о к с о в и х )				печах		за	т е м п е р а т у р и
			9 0 0 — 1 1 0 0				°С.	П і д		ч а с х і м і ч н и х
	амоніачна вода		р е а к ц і й			і з	в у г і л л я			в и д і л я є т ь с я
	кам'яновугільна §		с у м і ш	газів і				парів		л е т к и х	речо-
		смола
			в и н , я к а			п р и		о х о л о д ж е н н і			розді-
	Мал. 49.		л я є т ь с я		н а		к о к с о в и й			газ, к а м ' я н о -
			вугільну			смолу		і н а д с м о л ь н у воду
	Дослід із коксування вугілля
			(схема	6,		м а л . 49),			а	в у г і л л я	пере-
			т в о р ю є т ь с я на к о к с .

Продукти коксування кам'яного вугілля

Схема 6

КАМ'ЯНЕ ВУГІЛЛЯ

^—•—" "

ж—""

А

—і*.

Кокс

Коксовий газ

Кам'яновугільна смола

Надсмольна вода

Ж'

^

~ -А,

*

>

Ч

Амоніак

Бензен

Горючі гази

Арени

Амоніак

Солі амонію

Н2, СН4, СО

Кокс

—

п о р у в а т а

р е ч о в и н а

тем-

но - сірого

к о л ь о р у

( м а л .

50),

щ о

м і с т и т ь 9 6 — 9 8 % К а р б о н у за

м а с о ю ,

а

т а к о ж

Гідроген,

Окси -

ген, д е я к і

і н ш і

е л е м е н т и .

Й о г о

в и к о р и с т о в у ю т ь як в і д н о в н и к у

м е т а л у р г і ї , з о к р е м а у в и р о б н и ц т в і

ч а в у н у .

Коксовий

газ

с к л а д а є т ь с я

із

в о д н ю ( о б ' є м н а ч а с т к а 5 8 — 6 2 % ) , м е т а н у

( 2 4 — 2 7 % ) , чадного газу ( 5 — 7 % ) , азоту, амо-

н і а к у , парів

бензену

та

д е я к и х

і н ш и х

речо-

вин . А м о н і а к в и л у ч а ю т ь , п р о п у с к а ю ч и коксо-

вий газ у розчин сульфатної к и с л о т и , а амоній

сульфат (ІЧН^ЗО^, щ о утворюється, викори -

стовують як

азотне добриво. Б е н з е н

поглина -

ють о р г а н і ч н и м и р о з ч и н н и к а м и ,

а потім виді-

л я ю т ь перегонкою .

.125

З в і л ь н е н и й від а м о н і а к у і бензену к о к с о в и й

газ застосовують		як п а л и в о і	сировину	д л я
добування водню.
Надсмольна	вода	містить розчинені гази		—
в у г л е к и с л и й	газ,	сірководень,	хлороводень,

ціановодень (НС1М), а м о н і а к , а т а к о ж солі амо-

нію, що	є п р о д у к т а м и взаємодії а м о н і а к у		з
ц и м и г а з а м и ,		і д е я к і органічні р е ч о в и н и .	Із
надсмольної		води в и л у ч а ю т ь а м о н і а к і солі
амонію,	я к і в и к о р и с т о в у ю т ь д л я виробництва
добрив.	Із сірководню добувають сірку і суль-

ф а т н у к и с л о т у .

Кам'яновугільна смола — густа чорна рідина зі специфічним запахом . Вона є сировиною д л я д о б у в а н н я а р о м а т и ч н и х сполук — бензену, метилбензену, д е я к и х і н ш и х аренів, фенолу .

При коксуванні з кожної тонни		вугілля добува-
ють у середньому 750 кг коксу,		350 м3 коксово-
го газу, 40 кг	кам'яновугільної	смоли, 12 кг
сирого бензену,	3,4 кг амоніаку.

Н а й б і л ь ш е к о к с о х і м і ч н и х заводів у Донець - к і й області. Вони виробляють понад половину

всього	к о к с у в У к р а ї н і (мал . 51). Т а к і заводи є
т а к о ж	у Д н і п р о п е т р о в с ь к і й , Л у г а н с ь к і й і

З а п о р і з ь к і й областях .

Мал. 51.

Відвантаження коксу на коксохімічному заводі

Г а з и ф і к а ц і я — п е р е т в о р е н н я

в у г і л л я 1	з а д о п о м о г о ю х і м і ч н и х
р е а к ц і й	на горючі гази . Вони утво-

р ю ю т ь с я в р е з у л ь т а т і о к и с н е н н я в у г і л л я н е д о с т а т н ь о ю к і л ь к і с т ю к и с н ю (повітря), водяною парою, а т а к о ж в у г л е к и с л и м газом за темпе- р а т у р и 8 0 0 — 9 0 0 °С.

Процес г а з и ф і к а ц і ї з д і й с н ю ю т ь у г а з о г е н е р а т о р н и х у с т а н о в к а х . В утворюваній газовій с у м і ш і перева- ж а ю т ь карбон(ІІ) оксид, водень і метан:

1 Крім вугілля, газифікують горючі сланці, торф, деревину.

126

2С + 0 2 = 2С0;	С + Н 2 0 = СО + Н2 ;					С + 2Н2 = СН4;
С + 0 2 = С0 2 ;	СО + Н 2 0 = С 0 2 + Н2 ; СО + ЗН 2 = СН4 + Н 2 0 .
С + С0 2 = 2СО;
	Т а к у с у м і ш газів використовують у промисло -
	вості як паливо . Крім того, взаємодією кар -
	бон(ІІ) оксиду з воднем за п е в н и х умов добува-
	ють с у м і ш вуглеводнів,					подібну за с к л а д о м до
	бензину:
	пСО + (2га + 1)Н2					С„Н2 п + 2 + гаН20.
	П р и ц ь о м у у т в о р ю ю т ь с я п е р е в а ж н о вуглевод-
	ні з н е р о з г а л у ж е н и м и м о л е к у л а м и .
	Газифікацію можна					здійснювати			безпосе-
	редньо		під	землею,		у	вугільних		покладах.
	Ідею	підземної			газифікації		запропонував			ще
	Д. І. Менделєєв. Процес відбувається у								свердло-
	вині, яка виконує роль реактора, за вищої тем-
	ператури		(1000—2000			°С),	ніжу	газогенератор-
	ній	установці.
	Гідрування			— п е р е т в о р е н н я				в у г і л л я		на
	рідкі та газуваті вуглеводні під дією водню за
	т е м п е р а т у р и			4 0 0 — 6 0 0		°С,	певного		т и с к у і
	наявності		к а т а л і з а т о р а . Г і д р у в а н н я м						в у г і л л я
	( н а й ч а с т і ш е			бурого) д о б у в а ю т ь				с и н т е т и ч н е
	рідке	пальне:
		гаС + (га +			1 ) Н 2 ^ ^ С „ Н 2 п + 2 .

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 7

Ознайомлення зі зразками продуктів коксування кам'яного вугілля

Р о з г л я н ь т е	к о л е к ц і ю з р а з к і в продуктів			к о к с у в а н н я в у г і л л я
і заповніть т а б л и ц ю :
Назва		Зовнішній		Сфери
продукту		вигляд		використання

.127