Версия 08:47, 9 декабря 2009

Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 11 клас>> Хімія: Нафта. Склад, властивості нафти. Продукти перегонки нафти, їх застосування. Детонаційна стійкість бензину

За фізичними властивостями нафта – це густа оліїста рідина зі специфічним

запахом, темно-бурого чи чорного кольору, легша за воду і нерозчинна в ній. Нафта різних родовищ відрізняється за складом, густиною, кольором, запахом тощо.

Нафта не є індивідуальною речовиною, це суміш близько 1000 різних речовин,

серед яких переважають рідкі насичені вуглеводні, в ній також містяться домішки сульфуро-, нітрогено-, оксигеновмісних органічних сполук, водний розчин неорганічних солей.

Нафта відома людям здавна. Її почали використовувати близько 5000 років тому в місцях, де вона просякала на поверхню грунту. Горючість нафти помітити було неважко, тому й застосовувалась вона переважно як паливо, для освітлення, а також як мастило. Нафтопродукти використовувалися стародавньою медициною у вигляді мазей, для бальзамування мумій тощо. Сирою нафтою обробляли днища кораблів для гідроізоляції. Стародавні шумери застосовували нафтовий бітум як будівельний матеріал, у Китаї нафта використовувалась з військовою метою.

Нафта входила до складу відомого в стародавні часи так званого «грецького вогню», що займався від контакту з водою і спалив не один військовий корабель. Погасити його можна було тільки піском.

Нафту видобувають з надр Землі через свердловини. Іноді під час буріння вона спершу викидається на поверхню під тиском, потім до свердловини закачують повітря, вуглекислий газ чи воду, які витискують нафту. З районів видобутку до місць переробки нафту перевозять сушею (в залізничних цистернах), морем чи рікою (у танкерах) або перекачують нафтопроводами.

Перегонка нафти.

Не всі з вас бачили сиру нафту, але всі знають, що таке бензин, гас, вазелін, мазут. Ці продукти є нафтовими фракціями, що утворюються внаслідок перегонки нафти.

У чому полягає цей процес? Як суміш речовин нафта не має певної температури кипіння, а переходить у газуватий стан у широкому інтервалі температур. Нафту можна розділити на складові частини (фракції) із значно вужчими інтервалами температур кипіння за допомогою методу фракційної перегонки. Нафтові фракції – теж не індивідуальні речовини, хоча й містять близькі за складом і властивостями сполуки.

Цей процес можна відтворити в лабораторії. Нагріємо нафту в колбі з приєднаним водяним холодильником. При цьому низько киплячі її компоненти переходять у газуватий стан, охолоджуються, конденсуються. Подальшим нагріванням до вищої температури можна виділити іншу фракцію і так далі.

На виробництві перегонка здійснюється у ректифікаційній колоні.

Під час перегонки нафти ніяких хімічних змін із продуктами не відбувається, спосіб базується на різних фізичних властивостях, а саме: різних температурах кипіння речовин, що входять до складу нафти. Але є способи її переробки, під час яких відбуваються хімічні реакції, коли речовини зазнають змін складу і будови. Їх ми розглянемо нижче.

Крекінг нафтопродуктів.

Серед продуктів перегонки нафти в побуті донедавна найширше використовувався гас: для освітлення (у гасових лампах), приготування їжі (примуси). Потім гас було замінено у багатьох випадках електроенергією і природним газом. Водночас розвиток автомобільної промисловості потребував усе більшої кількості пального для двигунів. Зрослі потреби не задовольнялися перегонкою нафти, при якій залишається значна частина продуктів з високою температурою кипіння. Проблема була розв’язана завдяки переробці високо киплячих фракцій на низько киплячі, що становить основу пального.

Як виявилося, під час нагрівання до 400 ⁰С і вище вуглеводні. Що входять до кладу мазуту, газойлю. Розкладаються на вуглеводні з низькою молекулярною масою.

Цей процес називається крекінгом. Крекінг здійснюють за високої температури (термічний крекінг) або за наявності каталізатора (каталітичний крекінг), що дає змогу значно знизити температуру процесу.

Переробка нафти не обмежується перегонкою і крекінгом. За допомогою інших, технічно і хімічно складніших процесів добувають різноманітні за складом і будовою органічні продукти, що широко використовуються самі по собі, а також як сировина для хімічної промисловості.

Галузь виробництва, що займається переробкою нафтопродуктів, називається нафтохімією.

Застосування нафтопродуктів.

Нафта відіграє надзвичайно велику роль у житті людства, у розвитку цивілізації. Насамперед це одне із найважливіших джерел енергії, що вивільнюється в результаті спалення нафтопродуктів. Крім того, хімічною переробкою нафти добувають незліченну кількість речовини, що використовуються, без перебільшення, скрізь, куди не поглянемо.

У результаті хімічної переробки чорна олійна рідина перетворюється на волокна і пластмаси, на запашні і вибухові речовини. Ліки і барвники. Чим глибша переробка нафти, тим більше корисних продуктів можна добувати з неї.

Можна сказати, що ми залежимо від нафти, оскільки поки що вона незамінна як сировина для синтезу і для виробництва пального. На жаль, ще й сьогодні у вигляді пального більша частина нафтопродуктів спалюється (до 87% видобутку) і лише 13 використовується для хімічної переробки.

Людство давно усвідомило, що нафта – надто цінна хімічна сировина, щоб спалювати її у вигляді пального. До того ж, ресурси цієї копалини на планеті швидко скорочуються. У звязку з цим постає питання про заміну нафти як джерела енергії і сировини.

Принципово ця проблема може бути розв’язана за рахунок використання вугілля, запаси якого в природі значно більші. Ніж запаси нафти. У вугіллі міститься вільний вуглець, який можна перетворити на різні речовини хімічним способом. Однак таке перетворення потребує значних матеріальних затрат, отже продукт, добутий з вугілля, буде дорожчим, ніж добутий з нафти. У промисловості розроблено технологію виробництва рідкого пального з вугілля. Під час другої світової війни у Німеччині, яка не має власних джерел нафти, саме з вугілля виробляли пальне, мастила тощо. Проте поки що використання цього методу економічно не доцільне.

Інший шлях заміни нафтопродуктів – використання органічних відходів та біомаси, основною складовою якої є органічна сполука целюлоза.

Пальне для двигунів внутрішнього згорання буває різних сортів, що характеризуються так званим «октановим числом» - 76, 92, 93, 95 тощо.

Швидкість згоряння пального залежить від того, які вуглеводні входять до його складу. Бензин, що складається переважно з гексану С₆Н₁₄, гептану С₇Н₁₆ і октану С₈Н₁₈ лінійної будови, згоряє надто швидко і спричинює детонацію. Найліпші антидетонаційні характеристики мають вуглеводні розгалуженої будови, зокрема ізооктан.

За умовною шкалою ізооктану надане «октанове число» 100, а гептану – 0. Суміші вуглеводнів, що входять до складу бензину різних сортів, мають проміжні октанові числа, причому чим вищі, тим кращий сорт бензину, вища його детонаційна стійкість.

Очевидно, для поліпшення якості пального доцільно застосовувати такі процеси переробки нафти, завдяки яким утворюються вуглеводні розгалуженої будови, зокрема процес каталітичної ізомеризації.