Nafta4
5 (100%) 1 vote

Nafta4

Turinys

Turinis…………………………………………………………………………………2

Įvadas………………………………………………………………………………….3

1. Bendrosios žinios………………………………………………………………….4

2. Naftos cheminė sudėtis ir produktų savybės………………………………………6

3. Naftos perdirbimo būdai………………………………………………………….15

3.1. Fiziniai naftos perdirbimo būdai…………………………………………….15

3.2. Cheminiai naftos perdirbimo būdai………………………………………….16

4. Naftos produktų ekologinės savybės………………………………………………21

4.1. Naftos produktų ir jų deginių nuodingumas…………………………………21

4.2. Naftos produktų gaisrinės savybės…………………………………………..23

4.3. Naftos produktai ir gamtosauga……………………………………………..24

Išvadas…………………………………………………………………………………26

Literatūros sąrašas…………………………………………………………………….27

Įvadas

Naftos randama įvairiose žemės rutulio vietose (nuosėdinės kilmės uolienose). Ji – svarbiausias skystojo kuro šaltinis, viena pagrindinių chemijos pramonės žaliavų.

Naftą sudaro alkanų, cikloalkanų (naftenų) ir aromatinių ang¬liavandenilių mišinys. Be to, joje esti ištirpusių dujų (pirmųjų ke¬turių sočiųjų angliavandenilių, ypač daug metano), junginių, tu¬rinčių deguonies (nafteno rūgščių, fenolių), sieros (merkaptanų, tiofeno darinių), azoto (heterociklinių junginių), taip pat vandens ir mineralinių druskų.

Nafta – pagrindinė žaliava vidaus degimo variklių degalams (skystam kurui) ir tepalams gauti. Šiam tikslui ji pirmiausia gryni¬nama: atskiriamos dujos, vanduo, mechaninės priemaišos. Vėliau nafta frakcionuojama. Iš jos gaunamas petrolio eteris, įvairių rūšių benzinas, ligroinas, reaktyvinis kuras, žibalas, dizclinis kuras, ma¬zutas. Distiliacijos liekana mazutas sudaro 30 – 40% visos naftos produkcijos. Distiliuojant mazutą vakuume, gaunami tepalai.

Kai kurių vietovių naftoje yra nemažai sočiųjų angliavandenilių. Tokių rūšių nafta vadinama parafinine. Jos distiliacijos produktas parafinas sudarytas iš ilgesnių grandinių (C20 – C28) sočiųjų anglia¬vandenilių mišinio.

Svarbiausias naftos perdirbimo produktas yra benzinas. Tačiau benzino, išgauto iš naftos tiesioginės distiliacijos būdu, jau seniai nebepakanka, todėl jo išeigai padidinti chemiškai perdirbamos aukš¬tesniosios naftos frakcijos, t. y. taikomas terminis bei katalizinis krekingas. Krekingo procese didelės molekulinės masės angliavan¬deniliai (žibalas, mazutas), veikiami temperatūros ir katalizatorių, skyla, virsdami mišiniu angliavandenilių, iš kurių susideda benzinas. Šalutiniai krekingo produktai – etilenas bei kiti svarbūs che¬mijos pramonės produktai.

Nešakotu grandinių alkanai, pavyzdžiui, n. heptanas, vidaus de¬gimo varikliu cilindruose staigiai suskyla, nepasiekus normalaus degalų suspaudimo laipsnio – variklis detonuoja. Jei yra šakotos grandinės parafinų, pavyzdžiui, izooktano, dujų mišinį cilindre galima daug labiau suslėgti, nesukeliant detonacijos. Benzino linki¬mas detonuoti vertinamas oktaniniu skaičiumi, t. y. procentiniu izo¬oktano kiekiu izooktano ir normaliojo heptano mišinyje, kuris deto¬nuoja taip pat, kaip ir tiriamasis benzinas. Nedidelio oktaninio skaičiaus benzino kokybė pagerinama, pridėjus į jį šakotos gran¬dinės angliavandenilių arba kitų medžiagų, vadinamųjų antidetonatorių, pavyzdžiui, tetraetilšvino (C2H5)4Pb.

Sintetinis benzinas ir kitų rūšių skystas kuras gali būti gauna¬mas tiesiog iš anglies. Sumalta anglis maišoma su sunkiąja mi¬neraline alyva (pridėjus katalizatorių) ir aukštoje temperatūroje (450°C) bei dideliame slėgyje (200 at) hidrinama. Iš reakcijos produktu distiliuojant atskiriamas benzinas, kurio oktaninis skai¬čius 75 – 85.

Fišerio – Tropšo metodu sintetinis benzinas gaminamas iš van¬dens dujų (CO + 2H2), į kurias primaišyta daugiau vandenilio. Jos 250 °C temperatūroje, esant normaliam slėgiui, leidžiamos pro ko¬balto arba geležies katalizatorius; susidaro skystų angliavandenilių mišinys – kogazinas. Šio metodo privalumas tas, kad, keičiant reak¬cijos sąlygas, galima gauti įvairius produktus: benziną, dizelinį ku¬rą, kieta parafiną.

1. Bendrosios žinios.

Nafta yra pagrindinė žaliava degalams ir tepalams gauti. Tam naudojama daugiau kaip 90% gaunamos naftos. Perdirbant nafta, išskiriamas benzinas, žibalas, reaktyviniai ir dyzeliniai degalai, mazutas. Iš mazuto gaminami tepalai, parafinas, bitumai. Nafta naudojama ir chemijos pramonėje. Iš jos gaminamas sintetinis kaučiukas, plastmasės, sintetinis pluoštas, plovimo priemonės, dažai ir kitos medžiagos. Nors naftos sudėtis ir savybės yra neblogai ištirtos, tačiau jos susidarymo sąlygos iki šiol nėra visiškai aiškios. Yra kelios naftos atsiradimo hipotezės, bet daugumos mokslininku nuomone, nafta atsirado per daugelį milijonu metu Žemės plutoje keliu kilometru gylyje irstant augalinėms ir
gyvulinėms medžiagoms.

Naftos randame įvairiose žemės rutulio vietose ir ivairiuose gyliuose. Daugiausia (42%) jos yra Artimuosiuose ir Viduriniuose Rytuose. Du trečdaliai naftos randami 1—5 km gylyje. Arti žemės paviršiaus nafta dėl oksidacijos ir lakesniuju komponentu išgaravimo būna tamsesnė, tirštesnė ir net virtusi pusiau kietu arba kietu asfaltu.

Pasaulinės naftos atsargos yra apie 185—390 mlrd. t. Iš ju 60 mlrd. t. jau sunaudota ir kasmet išgaunama dar maždaug po 3 mlrd. t naftos. Manoma, kad, esant tokiam vartojimo tempui, naftos užteks 40—120 m. Todėl jau dabar ieškoma, kuo būtu galima ja pakeisti.

Nafta yra geltonos, rusvos, tamsiai rudos arba net juodos spalvos riebus, aliejingas, specifinio kvapo, degantis skystis, įvairiu anglies ir vandenilio junginiu (angliavandeniliu) mišinys. Naftos spalva priklauso nuo asfaltiniu junginiu kiekio.

Nors nafta randama skirtingose vietose ir įvairiuose gyliuose, tačiau jos elementinė sudėtis mažai skiriasi. Nafta susideda iš 83— 87% anglies, 11—14% vandenilio, 0,01—7% sieros, 0,05—3,6% deguonies, 0,01—1,7% azoto ir 0,02—0,03% įvairiu metalu. Visi elementai yra cheminiu junginiu sudėtyje. Tiktai siera gali būti lais-va. Pagal sieros kiekį nafta skirstoma į 3 grupes: mažai sieringą, kai sieros būna iki 0,5%; sieringą, kai 0,51—2%; labai sieringą, kai daugiau kaip 2%. Kadangi vandenilio atominė masė yra mažesnė negu anglies, o šilumingumas didesnis, tai mažesnio tankio naftos (kurioje yra mažiau anglies ir daugiau vandenilio) garingumas ir šilumingumas esti didesni negu didesnio tankio naftos. Taigi iš tankio galima spręsti apie naftos arba jos produktu šiluminguma, garingumą, cheminę sudėtį. Naftos tankis paprastai būna 750—1000 kg/m3, virimo temperatura 50—500 °C, molekulinė masė 90—480, šilumingumas 41—46 MJ/kg. Elektros srovės nafta nepraleidžia. Jos laidumą galima padidinti tik priemaišos ir vanduo. Naftos savybės priklauso ne nuo elementinės sudėties, o nuo joje esančių individualių angliavandenilių savybių ir jų kiekių.

H H H H H

H C H H C C C C H

H H H H H

Metanas Butanas

Pats paprasčiausias angliavandenilis yra metanas CH4. Jame vienas anglies atomas yra susijungęs su keturiais vandenilio atomais. Anglies atomai gali jungtis ir tarp savęs sudarydami grandines. Grandinės gali būti atviros arba ciklinės.

Atviros grandinės būna tiesios (pvz., butanas) arba šakotos (pvz., izobutanas). Angliavandeniliai su tiesiomis grandinėmis yra vadinami normaliais, o su šakotomis — atitinkamų normalių angliavandenilių izomerais. (Izomerais yra vadinamos medžiagos, kurios turi tą pačią cheminę formulę, bet skirtingą struktūrą ir savybes.) Nuo angliavandenilių molekulių struktūros priklauso jų fizinės ir cheminės savybės. Izomerija—labai paplitęs tarp organiniu junginiu reiškinys. Jis lemia junginiu gausumą ir įvairovę. Izomerų skaičius priklauso nuo anglies atomu skaičiaus molekulėje: kuo anglies atomų daugiau, tuo daugiau gali susidaryti ir įvairių junginių. Pavyzdžiui, pentanas C5H12 turi 2 izomerus, oktanas C8H18 — 16, dekanas C10H22 — 73, tetradekanas C14H30 — 2834 ir kt. Todėl izomerinių junginių daugiau randama sunkesnėse (didesnės molekulinės masės) frakcijose. Dėl angliavandenilių įvairovės naftos cheminė sudėtis dar nėra visiškai ištirta.

Daugiau anglies atomų turintys angliavandeniliai yra didesnės molekulinės masės, jų lydymosi ir virimo temperatūros būna aukštesnės, tankis ir klampa — didesni. Jeigu angliavandenilių molekulėje yra iki 4 anglies atomų, jie normaliomis sąlygomis yra dujos. Kai anglies atomų skaičius būna nuo 5 iki 15, angliavandeniliai yra skysčiai, kai didesnis kaip 15, — kietos medžiagos. Naftoje ir jos produktuose kieti angliavandeniliai būna ištirpę skystuose.

Angliavandeniliai, kurių anglies atomai yra sujungti tarp savęs tik viena jugtimi, yra vadinami sočiaisiais. Normaliomis sąlygomis jie yra labai patvarūs (stabilūs). Kai anglies atomai sujungti dviguba arba triguba jungtimi, angliavandeniliai vadinami nesočiaisiais. Nesotieji angliavandeniliai, kurių molekulėse yra viena dviguba jungtis,

H H H H H H H H

H C C C C H H C C C C H

H H Butadienas-1,4

Butenas

H C C H

Acetilenas

vadinami alkenais (CnH2n), kurių dvi dvigubos jungtys, — alkadienais (CnH2n-2), kurių viena triguba jungtis — alkinais (CnH2n-2). Tokie angliavandeniliai būna labai nestabilūs, nes keliagubos jungtys nėra stiprios.

2. Naftos cheminė sudėtis ir produktu savybės.

Naftos produktų savybes lemia jų cheminė sudėtis. Todėl, gaminant ir naudojant naftos produktus, svarbu žinoti juos sudarančių angliavandenilių savybes ir jų įtaką mašinos darbui. Labai svarbios degalu ir tepalų savybės yra atsparumas oksidacijai įvairiose temperaturose, klampa bei jos priklausomybė nuo temperatūros, garingumas ir kt.

Visi angliavandeniliai, esantys naftoje, pagal struktūrą ir chemines savybes yra skirstomi į tris grupes: alkanus, kurių cheminė formulė CnH2n+n (n – bet koks teigiamas sveikas skaičius); cikloalkanus CnH2n ir arenus CnH2n-6. Daugiausia alkanų būna lengvose (benzininėse) frakcijose (1 pvz.). Virimo temperatūrai kylant, jų kiekis mažėja. Arenų, atvirkščiai, daugiau būna sunkesnėse (tepalinėse) frakcijse.
Cikloalkanų paprastai pasitaiko visose frakcijose (beveik po lygiai). Be šių pagrindinių angliavandenilių, naftoje dar būna įvairių sieros, deguonies ir azoto junginių bei laisvos sieros. Šie junginiai kaupiasi dervingoje naftos dalyje. Kartais, bet labai retai, pasitaiko šiek tiek ir nesočiųjų angliavandenilių.

A1kanu struktūra yra grandininė. Naftoje jie sutinkami visose trijose agregatinėse būsenose: dujiniai — metanas CH4, etanas C2H6, propanas C3H8 ir butanas C4H10; skysti — pentanas C5H12, heksanas C6H14, heptanas C7H16, oktanas C8H18 ir t.t.; kieti – oktadekanas C18H38, pentakozanas C25H52, pentakontanas C50H102, hektanas C100H202 ir kt. Visi skystieji angliavandeniliai turi benzino arba žibalo kvapą. Kietieji angliavandeniliai skirstomi į parafinus (C18-35), kurių struktūra rupesnė, ir cerezinus (C36-55) – mikrokristalinės struktūros. Parafinus sudaro daugiausia normalios struktūros alkanai, o cerezinus — izoalkanai ircikloalkanai. Parafinai yra mažesnio tankio, jų že-mesnė lydymosi ir virimo temperatūros. Techninio parafino lydymosi temperatūra neviršija 50—55 °C. Aukštesnėje kaip 40 °C temperatūroje parafinai tirpsta naftoje ir jos produktuose neribotai. Visi alkanai gerai tirpsta eteryje bei kituose organiniuose tirpikliuose ir netirpsta vandenyje.

1 pvz: Naftos cheminė sudėtis ir produktai



Tirpumu naudojamasi juos valant. Alkanai būna normalios ir izomerinės struktūros. Izomerų tankis yra mažesnis, virimo ir lydymosi temperatūros — žemesnės, klampa — mažesnė. Alkanu 1 (2 pav.) klampa ir tankis, lyiginant su kitais angliavandeniliais 2 ir 3, yra patys mažiausi. Kintant temperatūrai, jų klampa keičiasi taip pat mažiausiai, o tankis — daugiausiai, tačiau alkanai, kuriuose yra daugiau ištirpusių kietujų angliavandenilių, turi aukštą stingimo temperatūrą. Susikristalizavęs parafinas žiemą užkemša degalų valymo filtrus, padidina degalų ir tepalų stingimo temperatūrą. Todėl alkanai dėl aukštos stingimo temperatūros yra nepageidaujami žieminių rūšių degaluose ir tepaluose. Jų stingimo temperatūra yra pažeminama deparafinizuojant, t.y. iš jų pašalinant greitai stingstančius parafinus ir cerezinus.

Normaliomis sąlygomis alkanai yra chemiškai inertiški ir stabilūs. Jų neveikia koncentruotos rūgštys (H4S04, HNO3 ir kt), šarmai ir paprasti oksidatoriai. Šiomis savybėmis naudojamasi juos valant. Netgi šarminiai metalai neišstumia vandenilio iš šių junginių.

Alkanų inertiškumas metalams labai svarbus degalams ir tepalams. Dėl šios priežasties jie nekoroduoja mašinų detalių, tepalai naudojami detalėms apsaugoti nuo korozijos. Degalai ir tepalai, kuriuose daug alkanų, yra stabilūs ir gali būti ilgai laikomi. Tačiau aukštoje temperatūroje (>200°C) normalių alkanų 1 (3 pav.) cheminis akty-vumas labai padidėja, pavyzdžiui, jie lengvai oksiduojasi sudarydami įvairius oksidus ir peroksidus. Angliavandenilių aktyvumas būna tuo didesnis, kuo didesnė jų molekulinė masė. Todėl normalūs aukštesnieji (C14-17) alkanai yra labai pageidaujami dyzeliniuose degaluose. Kadangi jie lengviau užsidega, variklis greičiau paleidžiamas, tyliau veikia ir mažiau dyla.

2 pav. Angliavandenilių kinematinės

klampos  priklausomybė nuo temperatūros t:

1 – alkanai; 2 – arenai; 3 – cikloalkanai.



3pav. Angliavandenilių cheminio aktyvumo X priklausomybė nuo temperatūros t:

1 – normalūs alkanai; 2 – cikloalkanai: 3 – alkenai; 4 – izoalkanai; 5 – arenai; A – esant normaliai (20 °C) aplinkos temperatūrai;

B – esant aukštai (>200°C) temperatūrai.

Tačiau ši savybė nepageidaujama benzinuose ir varikliu alyvose. Normalieji alkanai, lengvai oksiduodamiesi karbiuratoriniuose varikliuose, sukelia detonacija, t.y. degiojo mišinio sprogimą cilindre. Dėl detonacijos variklis kaista, mažėja jo galia, jis greitai genda. Benzino polinkis detonacijai didėja beveik proporcingai normaliųjų alkanų kiekiui. Kuo daugiau normaliųjų alkanų, tuo greičiau oksiduojasi ir sensta variklių alyva. Todėl dažniau reikia ją keisti.

Izoalkanai 4 (žr. 3 pav.) normaliomis sąlygomis yra mažiau stabilūs negu normalieji alkanai, tačiau, temperatūrai didėjant, jų cheminis aktyvumas keičiasi nedaug. Todėl net aukštoje temperatūroje jie yra labai atsparūs deguonies poveikiui ir sunkiai oksiduojasi. Atsparumas oksidacijai tuo didesnis, kuo labiau šakotos struktūros yra augliavandenilis. Dėl šių savybių labai šakoti izoalkanai yra pageidaujami benzinuose ir variklių alyvose, bet netinka dyzeliniams degalams, nors ir stingsta labai žemoje temperatūroje.

Cik1oa1kanu anglies atomai molekulėje yra išsidėstę uždaru ziedu. Paprasčiausiu angliavandeniliu molekulės susideda iš vieno žiedo, kuris dažniausiai turi nuo 3 iki 8 anglies atomu. Ciklo pat-varumas priklauso nuo jo dydžio — maži ciklai mažiau patvarūs negu dideli. Todėl trinariu ir keturnariu cikloalkanu naftos nebuna. Daugiausia naftoje penkianariu ir šešianariu cikloalkanu. Tai ciklopentanas C5H10, cikloheksanas C6H12 ir jų dariniai — etilcikloheksanas ir dicikloheksanas. Penkianariai ir šešianariai ciklai yra stabiliausi. Molekulę gali sudaryti vienas, du ir daugiau žiedų. Monociklinių angliavandenilių daugiausia lengvesnėse (benzino), bicikliniu – sunkesnėse (dyzelinių degalų), policiklinių – tepalų
ai gali sudaryti labai daug izomerų. Jų skaičius priklauso nuo ciklo matmenų, šoninių grandinių ilgio, sandaros ir išsidėstymo.

Monociklinių angliavandenilių savybės artimos alkanų savybėms. Jų tankio, klampos ir virimo temperatūros reikšmės yra didesnės negu tos pačios molekulinės masės alkanų, ir didėjant anglies atomų skaičiui molekulėje, didėja. Šešianarių cikloalkanų klampa yra didesnė negu penkianarių. Normaliomis sąlygomis jų neveikia rūgštys ir šarmai. Tačiau aukštesnėje negu 100°C temperatūroje veikiami stiprių oksidatorių (pvz., H2S04) penkių ir šešių narių ciklai gali iširti ir sudaryti karbonines rūgštis RCOOH. Kartais sieros rūgštimi valomi naftos produktai. Todėl, norint nesugadinti, juos reikia valyti neaukštoje temperatūroje.

CH2 CH2

H2C CH2 H2C CH2

H2C CH2 H2C CH2

CH2

Ciklopentanas Cikloheksanas

CH2 CH2 CH2

H2C CH2 H2C CH CH2

H2C HC – C2H5 H2C CH CH2

CH2 CH2 CH2

Eticikloheksanas Dicikloheksanas

Pagal polinlkį oksiduotis cikloalkanai žemoje temperatūroje yra šiek tiek aktyvesni už alkanus. Tačiau aukštoje (>200 °C) temperatūroje cikloalkanai, kaip ir izoalkanai, išlieka atsparūs oksidacijai. Atsparumas oksidacijai priklauso nuo junginių struktūros, pavyzdžiui, cikloheksanas yra mažiau atsparus oksidacijai negu ciklopentanas, todėl mažiau pageidaujamas benzinuose. Kai prie ciklo prisijungia normalių alkanų grandinės, cikloalkanų atsparumas oksidacijai sumažėja (tuo labiau, kuo ilgesnės grandinės). Tuo ir tampa beveik toks pat, kaip ir normalių alkanų. Šakotos ilgos šoninės grandinės (arba kelios trumpos grandinės vietoj vienos) padidina atsparumą oksidacijai, todėl benzinuose yra labiau pageidaujami tie cikloalkanai, kurie turi kelias trumpas arba labiau šakotas šonines grandines.

Bicikliniai cikloalkanai yra atsparesni oksidacijai negu monocikliniai, ypač jei dar turi šoninių grandinių, todėl tokie angliavandeniliai yra pageidaujami variklių alyvose. Šoninės grandinės pažemina ir stingimo temperatūrą – biciklinių izomerų lydymosi temperatūros yra žemesnės negu atitinkamų alkanų. Todėl cikloalkanai yra pageidaujami tepaluose ir žieminių rūšių dyzeliniuose degaluose. Cikloalkanai pasižymi koroziniu aktyvumu, kuris būna didesnis kai mažesnė molekulinė masė.

Arenu grupei priklauso tokie angliavandeniliai, kurių molekulėse yra benzolo žiedas. Naftos arenai būna daug sudėtingesni negu benzolas, nes esti sudaryti paprastai iš keletos aromatinių žiedų su viena arba keliomis šoninėmis grandinėmis. Priklausomai nuo šoninių grandinių skaičiaus, struktūros ir prijungimo vietos, arenai sudaro izomerus. Monociklinių arenų (benzolas C6H6, toluolas C6H5CH3, ksilolas C6H4(CH3)2 ir kt.) daugiausia benzine (žr. 1 pav.), biciklinių (naftalinas C10H5, -metilnaftalinas C10H7CH3 ir kt.) – dyzeliniuose degaluose, policiklinių (antracenas C14H10 ir kt.) – tepalų frakcijose.

CH CH CH CH

HC CH HC CH HC C CH

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2643 žodžiai iš 8789 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.