Как связана повседневная жизнь человека

  • Закрыть ... [X]

    человека

    Нефть — природная смесь углеводородов, в основном алканов линейного и разветвленного строения, содержащих в молекулах от 5 и более атомов углерода, с другими органическими соединениями, прежде всего полиароматическими углеводородами (т. е. углеводородами, в молекулах которых содержится несколько соединенных между собой бензольных колец).

    Газообразные и твердые компоненты нефти растворены в ее жидких составляющих, что и определяет ее агрегатное состояние.

    Нефть — это черная, а иногда темно-коричневая или бурая густая маслянистая (по-английски нефть так и называется oil — масло) жидкость со своеобразным запахом. Нефть нерастворима в воде. Плотность у нее меньше» чем у воды, поэтому, попадая в воду, нефть растекается по поверхности, препятствуя растворению кислорода и других компонентов воздуха в воде. Поэтому в случае аварий перевозящих нефть судов (танкеров) разливы нефти вызывают гибель микроорганизмов и других водных обитателей, приводя к экологическим катастрофам (рис. 27).

    Рис. 27.
    Последствия катастроф, связанных с разливом нефти

    Существуют бактерии, способные использовать компоненты нефти в качестве пищи, преобразуя ее в безвредные продукты жизнедеятельности. Применение таких культур бактерий является наиболее экологически безопасным и перспективным путем борьбы с загрязнениями окружающей среды нефтью в процессе ее добычи, транспортировки и переработки.

    Представляя собой смесь различных веществ, нефть не имеет постоянной температуры кипения. Каждый ее компонент сохраняет в смеси свои индивидуальные свойства, что и позволяет разделить смесь на составляющие. Для этого нефть очищают от механических примесей, серосодержащих органических соединений и подвергают фракционной перегонке, или ректификации.

    Фракционная перегонка, или ректификатор ция, — это физический способ разделения смеси компонентов, основанный на различии их температур кипения.

    Фракционную перегонку осуществляют на нефтеперегонных заводах в специальных установках — ректификационных колоннах (рис. 28), в которых повторяются циклы испарения и конденсации жидких веществ, содержащихся в нефти.

    Рис. 28.
    Схема установки (ректификационной колонны) для непрерывной перегонки нефти и области применения нефтепродуктов

    В ректификационную колонну поступает очищенная нефть, нагретая в трубчатой печи до температуры 320— 350 °С.

    Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями — тарелки (рис. 29), на которых происходит конденсация фракций нефти.

    Рис. 29.
    Устройство тарелок ректификационной колонны

    На высоких тарелках скапливаются более легкокипящие фракции, на нижних — высококипящие. В таком промышленном процессе нефть разделяют на следующие фракции:

    • ректификационные газы — смесь низкомолекулярных углеводородов, преимущественно пропана и бутана (tкип < 40 °С);
    • газолиновую фракцию (бензин) — углеводороды состава от С5Н12 до С11Н24 (tкип = 40—200 °С); при более тонком разделении этой фракции получают газолин (петролейный эфир, tкип = 40—70 °С) и бензин = = 70—120 °С);
    • лигроиновую фракцию — углеводороды состава от С8Н18 до С14Н30 (tкип = 150-250 °С);
    • керосиновую фракцию (керосин) — углеводороды состава от С12Н26 до С18Н38 (tкип = 180—300 °С);
    • дизельное топливо — углеводороды состава от C13H28 до C19H36 (tкип = 200—360 °С).

    Остаток перегонки нефти — мазут содержит углеводороды состава от С15Н32 до С50Н102. Перегонкой при пониженном давлении из мазута получают соляровое масло (С18Н38—С25Н52), смазочные масла (С28Н58—С38Н78), вазелин и парафин — легкоплавкие смеси твердых углеводородов. Твердый остаток перегонки мазута — гудрон и продукты его переработки — битум и асфальт используют для изготовления дорожных покрытий.

    Наиболее ценная фракция перегонки нефти — это бензин, который применяется главным образом как топливо для автомобильных и авиационных двигателей внутреннего сгорания. Однако в процессе ректификации его выход составляет не более 18—20% от массы сырой нефти. Значительно больше получается лигроиновой и керосиновой фракций, в которых содержатся углеводороды, имеющие в среднем в два раза более длинную углеродную цепь, чем в бензине.

    Возможно ли из керосина получить бензин? Для этого необходимо разорвать длинные молекулы углеводородов пополам. Способ осуществления такого химического превращения предложил в 1891 г. русский инженер В. Г. Шухов. При нагревании углеводородов керосиновой фракции до температуры 500—600 °С молекула ал-кана разрывается примерно пополам, образуя два углеводорода с более короткой углеродной цепочкой, например:

    Один из продуктов реакции — октан — это углеводород бензиновой фракции.

    Второму продукту реакции расщепления до состояния насыщенности не хватает двух атомов водорода. Следовательно, октен относится к непредельным углеводородам.

    Описанный процесс с конца XIX в. стал широко внедряться в промышленность и получил очень точное название — крекинг (от англ. crack — расщеплять).

    Крекинг — процесс термического расщепления углеводородов.

    Крекинг, проведенный в присутствии катализаторов, называют каталитическим. Он приводит к получению бензина высокого качества.

    Качество бензина определяется его детонационной устойчивостью, т. е. способностью выдерживать при высоких температурах сильное сжатие в цилиндре двигателя без самопроизвольного возгорания.

    В двигателях внутреннего сгорания воспламенение горючего происходит от запальной свечи, дающей искру в момент наибольшего сжатия поршнем смеси газов (рис. 30). Однако при сжатии смеси паров бензина и воздуха углеводороды нормального строения образуют вещества, вызывающие преждевременное воспламенение, что приводит к быстрому износу двигателя. Это явление называют детонацией.

    Рис. 30.
    Схема двигателя внутреннего сгорания

    Способность предельных углеводородов к детонации зависит от строения алкана. Так, углеводороды разветвленного и циклического строения способны выдерживать более высокую степень сжатия по сравнению с линейными молекулами.

    Количественным показателем качества бензина является его октановое число. За начало отсчета в октановой шкале принята детонационная устойчивость гептана нормального строения (октановое число 0), а за 100 — октановое число изооктана. Октановое число бензина, например АИ-92, показывает, что данное горючее имеет такую же детонационную устойчивость, как смесь 92% изооктана и 8% м-гептана.

    В результате каталитического крекинга получают бензин с более высоким значением октанового числа, поскольку наряду с процессами крекинга протекают также процессы изомеризации алканов, например:

    Для повышения октанового числа используют также процесс риформинга низкосортных сортов бензина, который подвергают нагреванию в присутствии катализаторов, например платины. При этом углеводороды линейного строения не только изомеризуются, но также превращаются в циклические и ароматические, что и приводит к повышению октанового числа.

    В отличие от двигателя внутреннего сгорания, в дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания, так как смесь дизельного топлива с воздухом воспламеняется только в результате сжатия. Поэтому дизельные двигатели должны быть хорошо отрегулированы, чтобы поли-ароматические углеводороды, входящие в состав топлива, успевали полностью сгореть.

    Новые слова и понятия

    1. Нефть.
    2. Фракционная перегонка, или ректификация.
    3. Ректификационные газы, газолиновая фракция (бензин), лигроиновая фракция, керосиновая фракция, дизельное топливо, мазут.
    4. Продукты перегонки нефти.
    5. Крекинг и рнформинг.
    6. Детонационная устойчивость, октановое число.

    Вопросы и задания

    1. Назовите важнейшие месторождения нефти в Российской Федерации, используя карты из географического атласа.
    2. Как мировые цены на нефть влияют на бюджет нашей страны? Предложите свои варианты уменьшения зависимости экономики России от колебаний мировых цен на нефть.
    3. Как утечки нефти при ее добыче и транспортировке влияют на состояние окружающей среды? Приведите примеры последних сообщений из средств массовой информации о катастрофах, связанных с разливами нефти.
    4. Каков состав нефти? Какие физические свойства компонентов нефти лежат в основе ее перегонки?
    5. Что такое бензины; октановое число? Как его повышают?
    6. Назовите по международной номенклатуре изооктан

    7. Запишите уравнения реакций крекинга эйкозана С20Н42 до углеводородов бензиновой фракции.
    8. Как связана ваша будущая профессия (например, экономист, юрист, эколог, геолог, инженер) с добычей и переработкой углеводородного сырья?
    9. Как связана повседневная жизнь человека с добычей и переработкой углеводородного сырья и мировыми ценами на нефть?

    Источник: http://tepka.ru/himiya_10/8.html


    Поделись с друзьями



    Рекомендуем посмотреть ещё:



    9 Как связана повседневная жизнь человека с добычей и переработкой - Оригами автор афонькин

    Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека Как связана повседневная жизнь человека

    ШОКИРУЮЩИЕ НОВОСТИ