К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 29
Текст из файла (страница 29)
кип. 40 — 180 'С) содержит углеводороды Се — Сто. В бензине обнаружено более 100 индивидуальных соединений, в число которых входят нормальные и разветвленные алканы, циклоалканы и алкилбензолы (арены). Реактивное топливо (т. кип. 150 — 280 'С). Керосин тракторный (т. кип. 110 — 300 'С) содержит углеводороды Ст — С14. Дизельное топливо (т.
кип. 200 — 330 'С), в состав которого входят углеводороды С з — С, в больших масштабах подвергается крекингу, превращаясь в алканы (и алкены) с меньшей молекулярной массой (см. ниже). Смазочные масла (т. кип. 340 — 400 'С) содержат углеводоРоды Сгз Сгз. Парафин (т. кип. 320 — 500'С) содержит углеводороды Сг — С, из которых выделяют вазелин. Остаток после перегонки обычно называют асфальтом или гудроном. Помимо углеводородов самых различных классов в нефти содержатся кислородные, сернистые и азотсодержащие вещества, иногда их суммарное содержание доходит до нескольких процентов.
В настоящее время наиболее признанной является теория органического происхождения нефти как продукта превращения растительных и животных остатков. Это подтверждается тем, что в образцах нефтей были найдены остатки порфиринов (см. гл. 23), стероиды растительного и животного происхождения и так называемый хемофоссилий — разнообразные фрагменты органических молекул природного происхождения, содержащиеся в планктоне. Хотя общепризнано, что нефть является наиболее ценным природным источником химического сырья, до сих пор основное количество нефти и нефтепродуктов сгорает в двигателях внутреннего сгорания (бензин), дизелях и реактивных двигателях (керосин). малых габаритах и массе, стараются увеличить степень сжатия горючей смеси в цилиндре.
Однако в быстроходных четырехтактных двигателях, работающих с принудительным зажиганием, при этом иногда происходит преждевременное воспламенение смеси — детоиацил. Она снижает мощность мотора и ускоряет его износ. Это явление связано с составом жидкого топлива, так как углеводороды разного строения при использовании их в качестве моторного топлива ведут себя различно. Наихудшие показатели — у парафинов нормального строения. За стандарт горючего вещества с большой способностью к детонации принят нормальный гептан.
Чем больше разветвлена углеродная цепь парафинового углеводорода, тем лучше протекает сгорание его в цилиндре и тем большей степени сжатия горючей смеси можно достичь. В качестве стандарта моторного топлива принят 2,3,4-триметилпентан, имеющий техническое название *изооктан», с хорошими антидетонационными свойствами.
Составляя в различных пропорциях смеси этого октана с и-гептаном, сравнивают их поведение в моторе с поведением испытуемого бензина. Если смесь, содержащая 70% изооктана, ведет себя так же, как исследуемый бензин, то говорят, что последний имеет октановое число 70 (октановое число изооктана принято за 100; октановое число и-гептана принято равным нулю). Одним из путей повышения детонационной стойкости топлива для двигателей с зажиганием от искры является применение антидетонаторов.
Антидетонаторы — это вещества, которые добавляют к бензинам (не более 0,5%) для улучшения антидетонационных свойств. Достаточно эффективным антидетонатором являлся тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(СзН ), который в данное время запрещен к использованию. В настоящее время найдены новые антидетонаторы на основе марганецорганических соединений типа циклопентадиенилпентакарбонилмарганца С Н Мп(СО)з. .они менее токсичны и обладают лучшими антидетонационными свойствами. Добавление этих детонаторов к хорошим сортам бензина позволяет получать топливо с октановым числом 135.
Для ракетных и дизельных двигателей, наоборот, наиболее ценны топлива с нормальной цепью углеродных атомов, обладающие наиболее низкой температурой воспламенения. Эту характеристику принято оценивать цегааиовым числом. Цетановое число 100 имеет углеводород и-С Н , а цетановое число 0 — 1-метилнафталин. В двигателях внутреннего сгорания бензин никогда не сго рает полностью.
В выхлопных газах содержатся продукты не полного окисления углеводородов, СО и оксид азота (П), обра зующиеся по реакции: »»з+ Оз — -+ 2ХО 2)4)О+ Оз — » 2ЫОз 160 ХΠ— "»» ХО + О 2ХО + Π— ь 2)»)О О. 4- Π— ь О Все зти продукты образуют смог, являющийся одним из сильнейших загрязнителей атмосферы. Последним достижением в области предотвращения образования смога являются каталитические конверторы, помещаемые в выхлопные системы. Катализаторы из металлов платиновой группы доокисляют СО и продукты неполного сгорания бензина до СОз и способствуют уменьшению загрязнения окружающей среды.
Синтез глево о о ов из СО+ Н.Пропускаянадмелкоразо»С дробленным никелем смесь оксида углерода(П) и водорода при 250 можно получить метан: СО+ ЗНз» СН44- НгО Е сли зту реакцию проводить при давлении 100 — 200 атм и темперас туре до 400 'С, получается смесь, состоящая главным образом из кисл- ородсодержащих продуктов, среди которых преобладают спирты; смесь эта была названа сина»охом. При применении железо-кобальтовых катализаторов и температуре 200 'С образуется смесь алкаков — синтии: к пСО + (2в + 1)Нз — » С„Нз»» з + вНзО )Ф .гл Синтии и синтол являются продуктами многотоннажного органического синтеза и широко используются в качестве сырья для многих химических производств.
Клят аты. Синтии н бензиновые фракции нефти состоят из смесей з', углеводородов нормального строения и с разветвленными цепями. Наиден эффективный метод разделения органических соединении с нормальными цепями и разветвленными, получивший в общем случае название метода илажратного разделения. Для разделения углеводородов была использована мочевнна. Кристаллы мочевнны построены таким образом, что внутри кристаллов имеются узкие шестигранные каналы. Диаметр этих каналов таков, что внутрь их может пройти и задержаться за счет 1. здсорбционных сил только углеводород нормального строения. Поэтому при обработке смеси органических соединений мочевиной (или некоторыми другими соединениями) вещества с нормальной цепью углеродных атомов кристаллизуются вместе с ней в виде комплексов.
Этот метод будет иметь, безусловно, очень большое будущее, когда будет найдено большее число эффективных клатратообразователей. 161 5 Гр»н»4»и«ср» и:» «. и« нч ~~ ~~~~а лв яаищи вующих фракций и их химическим составом. Поэтому наряду с прямой перегонкой в нефтеперерабатывающей промышленности получили очень широкое распространение процессы вторичной переработки газов, различных дистиллятов и нефтяных остатков, позволяющие увеличить выход бензинов и улучшить их качество. Среди многочисленных современных процессов нефтепереработки, главным образом каталитических, сохраняет свое значение и чисто термический метод деструктивной переработки — крекинг.
При нагревании злканов до температуры около 500 'С происходит разрыв связей С вЂ” С, причем в осколках (радикалах) водород перераспределяется так, что получается смесь алкана и элкена: НгС вЂ” СНг — СНг — СНг — СНг — СНг — СНг — СНг — СНг — г — ~ НгС вЂ” СНг — СНг — СНг — СНг + СНг — СНг — СНг — СНг — г — + НгС вЂ” СНг — СНг — СН=СНг + НгС вЂ” СНг — СНг — СНг На атой схеме изображен лишь один из возможных процессов. Связи С вЂ” С в молекуле практически равноценны„и разрыв может произойти в любом месте молекулы. Таким образом, при крекинге и-нонана образуется сложная смесь алканов и алкенов от Сг до Сэ. Наиболее перспективны методы каталитического крекинга (на злюмосиликатных катализаторах).
При каталитическом крекинге помимо превращения длинных углеводородов в алканы и алкены с короткими цепями происходит изомеризация углеродного скелета с образованием преимущественно разветвленных молекул: слои. Если простая перегонка нефти дает не более г 20% бензина, в случае применения каталитического кр к екинга его количео может достигать 80%. Первоначально процесс крекинга их углеводородов: н : бе зола толуола,ксилола,необходимых ля произ водства разнообразных химических продуктов. дно з важнейших назначений крекинга помимо получ ооктанового бензина — получение газообразного непредель) ля химической пеого сырья (этилен, пропилеи, бутнлены) д аботки.
Сырьем для крекинга теперь служат не только нефра отки. ы ,тяные фракции, но и природные газы, так как в у кинга может происходить не только разрыв связей С вЂ” С, но и ;образование новых. Зн-СгНи — '-.г-г НгС вЂ” СНг — СНг — СН вЂ” СНг+ СНЗ СН ! + Н С вЂ” СН вЂ” СН вЂ” СН +Н С вЂ” С вЂ” СН вЂ” СН г г г г г Снг Каталитический крекинг проходит с образованием карбкатионов (см. гл. 2, равд. 5), которые перегруппировываются 162 ~ о сс а о о о Ю В 'С о Рс О 'о о сс ф С3 Ъ л ф "о ос Рс и ф о ССР О, О 'сР Е Ф о и М о Р2 р о щ Е Ос Ф сР И о Е 3о Ф СР Е ф Ф о Ф ф 3 Ф Е р 17 й ф Я ф ф Ф ф '0 о 'о Ссс Ф 3 Ф о ф 3Р Щ ф о М в ф ф о ф и Р' ф О о Ф Ь ф ф ф ф Ф,й Ф в РФР о о о 3 в Ф ° Р 31 Ф 3 с о Ф и 'О Р... с 333 3 о Ос ф в В ж ю о ф О Ф 'о 'СР Рс РС ф 3Р РР И з ! К и о ф и Ф Щ ф Р3 3 о Й й д о ф со ф о и ос С3" и о ос о о СРс о М ф и Р Ф ф и о Е о ф ц 5ф 3 ф о 3 Ь ф Б о ь о 'РР ф ~ $ф в ф и ф ф Ф О ф 3с Ф о фс ф о Б в в Рс и фФЙ ФФФ3' в Р3 ОФКЩ й Ф ф Фф о Е ф Й о Щ в'О Ево ? вибо Ф СР в О~Щ3 ФОФ в 'сР Ф ф .~~' ф о "и ПЩ "3 Ф СР ф Фсо Фоф ф фсв Е М ф'О'~ сф в Ф3 ф ОФЗРЗ фнфссд о ф Я ф ф Ф Ф 'О Ф 3 О фсофв о ь~,,о вф И О О.
ОФ о " о ф Еи ф О фв ФОРР Ффоф3Р ф ф ~ 3 'ф~ ф Н 'ОР ф Х„0 0 Ф ф ФЗРЩЩЩК ф д ф 3Р Ффффво "ЩЩЬ$Щ Е о Ф,,~Е ~ф 3с И Ф и 3„ф с3 ф сс оо иф в Е Ф ф в фс 3~ ~~ "! ж Ф ос с 3 ' 1 "' ф Р и~ Р'3 ~1 Й 1 ! ЩВ 3о Щво сР Ф Ц О 03 о ф фи о <~ ффив с.3 оо" Ж и И овф Е3 иф~ Щ ф Фы Ф ф СР о Фф р ФР ф ф ~ 3~ фс ф о щ» Ьоф ф~ Ф ф 3 сс ~фф Йоф в ф В ОСО - и3 СР, Ы о „о ф Е о ифф фф3о ~оЕ а$Ф о ф'4 Е Щ ф о Фф к3Р 3 Р Йов в О ОсРс ""3': $Н О Осф в офф офи о РР о Щс Е ф Ф ~ о И ф Ф ф ф Рс с в Р Е м 3фо 1 В~~ ФОЗР ивфов фио ф Ф и~О ф Фола фс Нф ИР ф '$ О ф~ О ф 3Р и Е, ф иф ф и А Е Ф ф "::„$~ О сР Р П "Р3 3 1 С3 — С3 Р1н31 ч о Щ4 1Р ю С3 — "СР٠— С3 Ж Ж Ж сс 1 ссс ~ 1.
Ж с ° о С3ос 1 Р Ы > 'о о ф в о н а о де сайф ф о е в о ф ф о в ы н ~ щ о о о о ф Ямонщо фКофвфщ ооо" ооЯфЦф~ е о ~ о ~, о М н о „оф, ~ н ~~~ „ ~~! ~~ о о оф н ~ о ф не щ ф ф я ~! Цф~фоф' "5- Ооф о ф ф и щ ф о ' Ф ф й ~оово~фф о~фацц нофофофффф о 8~и„ф~офффф О о ~ц й ф щ ф ~ ~ ц Ф ф ф щффф"ф. ф ь 3 О я!!Р о ~я о р й ! о — с> ж ж ! С3 ж ж са о В о о 'О о о ф о Ф Е ф о о ф о в Ф~ + к Ь ж "о р Ь ф НнЦф Е в в ф я Ц щ Е О Овйо Оофф н фон~~ и8~~ о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
