Нафта. Склад, властивості. Продукти перегонки нафти, їх застосування. Детонаційна стійкість бензину

УРОК 9

Тема. Нафта. Склад, властивості. Продукти перегонки нафти, їх застосування. Детонаційна стійкість бензину

Цілі: вивчити склад, фізичні властивості нафти, ознайомитися з процесами переробки й продуктами перегонки нафти, їх застосуванням, з характеристикою бензину – детонаційною стійкістю.

Обладнання: таблиці “Перегонка нафти в лабораторії”, “Схема трубчатої установки для безперервної перегонки нафти”, ППЗ “Органічна хімія”.

Тип уроку: ВНМ(Д), семінар.

Форми проведення: корегувальна, навчальна,

ХІД УРОКУ

I. Організація класу

II. Оголошення теми й мети уроку

III. Семінар

1. Корегувальна частина

1) Який склад має природний газ?

2) Назвіть переваги застосування природного газу.

3) Що таке супутній нафтовий газ?

4) У чому відмінність складу супутнього газу від природного?

5) На які суміші розділяють супутній газ і де їх застосовують?

6) Які неорганічні й органічні речовини можна добувати з природного та супутнього газів?

2. Навчальна частина Робота в групах

Учні сідають групами й опрацьовують питання семінару:

1) Склад і фізичні властивості

2) Перегонка нафти.

3) Нафтопродукти та їх застосування.

4) Крекінг та його види.

5) Детонаційна стійкість бензину.

Проблемні питання

Чому чим вище марка бензину, тим краща його якість?

У чому суть процесів виробництва бензину?

3. Контрольна частина семінару

Проводиться не у звичайній формі – контролю знань, а шляхом обміну інформацією між групами. Учитель є координатором роботи груп і корегує їх доповіді.

IV. Підбиття підсумків уроку

Підбиваємо підсумки уроку та відповідаємо на проблемні питання.

V. Домашнє завдання

Додатки

Матеріал до уроку

1. Склад і фізичні властивості нафти

Нафта – масляниста рідина темно-бурого або майже чорного кольору з характерним запахом. Вона легша за воду (густина 0,73-0,97 г/см3), у воді практично нерозчинна.

За складом нафта – складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, головним чином рідких (у них розчинені тверді й газоподібні вуглеводні). Зазвичай це вуглеводні парафінові, ароматичні, циклоалкани, співвідношення яких у нафтах різних родовищ змінюється в широких межах. Крім вуглеводнів, нафта містить оксигено-, сульфуро – і нітрогеновмісні органічні сполуки.

Залежно від переважного вмісту вуглеводнів того чи іншого класу розрізняють такі основні види нафти:

1) метанова нафта, яка складається переважно з нерозгалуже – них алканів;

2) нафтенова нафта, яка складається, в основному, з циклічних неароматичних вуглеводнів циклоалканів або нафтенів;

3) змішана нафта, яка включає суміш алканів, нафтенів і ароматичних вуглеводнів. Змішана нафта трапляється найчастіше.

Іноді нафту класифікують за фізичними властивостями, наприклад на легку нафту густиною менше 0,9 г/мл і більш важку нафту. Усі види нафти мають домішки нітрогено – й сульфуровмісних органічних сполук.

Сира нафта зазвичай не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.

2. Перегонка нафти

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здійснюють на нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутніх газів. У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопродукти:

– бензин (tкип – від 40 до 150-200 °С);

– лігроїн (tкип – 120-240 °С);

– гас (tкип – 150-300 °С);

– газойль – солярове масло (tкип вища від 300 °С).

У залишку – в’язка чорна рідина – мазут.

Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним тиском (щоби попередити розкладання) і виділяють мастила:

– веретенне;

– машинне;

– циліндрове та ін.

З мазуту деяких сортів нафти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону називають нафтовим пеком, або гудроном.

Схема трубчастої установки для безперервної перегонки нафти

3. Нафтопродукти та їх застосування

Продукти первинної перегонки нафти мають різне застосування.

– Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне пальне. Він складається зазвичай з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від п’яти до дев’яти атомів Карбону.

– Лігроїн є пальним для дизельних двигунів, а також розчинником у лакофарбовій промисловості. Велику кількість його переробляють на бензин.

– Гас застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигунів, а також для побутових потреб. Він складається з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від 9 до 16 атомів Карбону.

– Газойль – використовують як моторне пальне.

– Мазут, крім переробки на мастила й бензин, використовують як котельне рідке пальне.

Застосування продуктів переробки мазуту

– 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 виготовлення свічок, гуталіну і т. д. Він складається із суміші твердих вуглеводнів.

– 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).

– Гудрон – нелетка темна маса, після часткового окиснення його застосовують для одержання асфальту.

4. Крекінг та його види

Крекінг нафтопродуктів полягає в розщепленні довгих молекул вуглеводнів, що входять у висококиплячі фракції, на більш короткі молекули легких низькокиплячих продуктів.

Первинна пряма перегонка нафти дає порівняно мало бензину – 4-25% з різних нафт. Збільшення виходу бензину досягається застосуванням вторинної переробки більш важких нафтових фракцій, а також мазуту з допомогою методів деструкції, що дозволяє підвищити вихід бензину в кілька разів.

Залежно від виду сировини й необхідної якості одержуваної продукції в нафтопереробній промисловості застосовують різні технологічні способи переробки сировини.

Без застосування каталізаторів: термічний крекінг у рідкій і паровій фазах, піроліз, коксування, окисний крекінг і окисний піроліз.

Із застосуванням каталізаторів: каталітичний крекінг, гідрогенізаційний крекінг (деструктивна гідрогенізація), каталітична ароматизація (дегідрогенізаційний крекінг).

У його основі лежать процеси перетворення вуглеводнів, що входять до складу нафти чи нафтопродуктів, під впливом нагрівання до температур 400-700 °С і вище й за різного тиску. У результаті одержують газоподібні, рідкі та тверді продукти.

Термічний крекінг здійснюється у двох основних варіантах: у рідкій (тиск 2-7 МПа, температура 450-500 °С) і в паровій (тиск 0,2-0,5 МПа, температура 550-600 °С) фазах. У разі рідкофазного крекінгу більший вихід бензину й менше газу, ніж під час парофазного.

Сировиною для крекінгу є різні фракції: газойль, солярка, гас, мазут, гудрон, а також бензин прямої перегонки нафти. Різні види сировини доцільно піддавати крекінгу окремо, підбираючи для кожного процесу відповідні умови. Алкани крекуються легше за все й дають бензин з низькими октановими числами (55-60), за тієї ж глибини крекінгу нафтенів октанові числа бензину вище (60-70). Наприклад:

Утворилася суміш насичених і ненасичених вуглеводнів, яка відповідає бензину. Речовини, що утворилися, частково можуть розкладатися далі:

За глибоких форм крекінгу одержувані продукти сильно ароматизовані. Вихід крекінг-бензинів, залежно від виду сировини й режиму роботи установок, змінюється від 25 до 70 %.

Каталітичний крекінг на алюмосилікатних каталізаторах – один із найбільш багатотоннажних процесів у нафтопереробній промисловості. Метою процесу є одержання високооктанового бензину з вакуумних дистилятів різних нафт, що википають у межах 300-500 °С.

Каталітичний крекінг проводять за температури 450-530 °С під тиском, близьким до атмосферного (0,07-0,3 МПа). Реактори мають забезпечувати можливість постійного відводу каталізатора на регенерацію, тому використовують реактори з рухомим чи киплячим шаром каталізатора.

Крім високооктанового бензину на установках каталітичного крекінгу отримують також вуглеводневий газ, легкі й важкі газойлі. Кількість та якість продуктів залежить від характеристики переробної сировини, каталізатора, а також режиму процесу.

5. Детонаційна стійкість бензину. Октанове число Основною експлуатаційною властивістю бензинів є детонаційна стійкість. Детонаційна стійкість – здатність бензину згоряти без вибуху у двигуні з іскровим запалюванням. Чим вище октанове число, тим більш стійкий бензин перед детонацією й тим кращі експлуатаційні якості він має.

Детонація – це процес дуже швидкого, вибухового згоряння робочої суміші. Детонація приводить до прогоряння поршнів і випускних клапанів. Зовнішні ознаки детонації – характерний металевий стукіт і вібрація, чорний колір відпрацьованих газів (дим), нерівна робота двигуна.

Детонація пального в моторах пояснюється нерівномірністю процесу його згоряння й залежить від якості бензину. Мірою детонаційної стійкості пального є октанове число (ОЧ).

Октанове число дорівнює вмісту (в об’ємних %) ізооктану (ОЧ = 100) в його еталонній суміші з н-гептаном (ОЧ = 0), за якого ця суміш має однакові антидетонаційні властивості з пальним, що випробовують. Отже, октанове число (ОЧ) – умовний показник, що характеризує здатність палива забезпечити бездетонаційну роботу двигунів із примусовим запаленням. Октанове число бензину підвищується шляхом додавання до бензину високооктанових компонентів або присадок-антидетонаторів.