Нафта і нафтопродукти. ( Хімія 11 клас реферат)

Які речовини входять до складу нафт і як їх з неї виокремлюють? Що таке нафтопродукти і для чого їх застосовують? Що характеризує октанове число?

Опрацювавши цей параграф, ви пригадаєте, що таке емульсія, для чого зостосо - вують дистиляцію (перегонку); зможете описати склад і властивості нафти, про­цес і продукти її перегонки, схарактеризувати детонаційну стійкість бензину.

Нафта (від грец. - спалахувати, займатися) - корисна копалина, горюча оліїста рідина (мал. 8.1), поширена в осадовій оболонці Землі. У її складі виявлено понад 1000 органічних і неорганічних речовин. Це багатокомпо­нентна суміш, головна складова якої - вуглеводні (насичені, ненасичені, циклопарафіни, ароматичні). Також до складу нафти входять оксигено-, ні - трогено - і сульфуровмісні сполуки.

Властивості нафти - колір, густина, в’язкість, температура тверднення, за­пах тощо - залежать від її складу. Тож зразки нафти з різних родовищ можуть істотно відрізнятися один від одного (які ще приклади з органічної хімії, що ілюструють перехід кількісних змін у якісні, вам відомі?). Приміром, колір нафти в тонкому шарі зумовлений кількістю асфальТово-смолистих речовин і може набувати відтінків від жовтуватого до темно-коричневого аж до чорного.

Густина нафти менша за густину води, вона не розчиняється в ній, тож нафта спливає на поверхню. Однак емульсія нафти з водою досить стійка, це призводить до чималих фінансових втрат через ускладнення транспортуван­ня трубопроводом і забруднення довкілля стічними водами нафтопромислів.

Під час виходу з пласта нафта містить завислі частинки гірських порід, воду, розчинені солі й гази. Ці домішки спричиняють корозію устаткуван­ня й неабиякі складнощі в транспортуванні та переробці нафтової сирови­ни. Тому із сирої нафти видаляють воду, механічні домішки, солі та осад твердих вуглеводнів. Також відокремлюють супутній газ і найбільш леткі компоненти нафти. Якщо цього не зробити заздалегідь, цінну сировину буде втрачено на шляху до нафтопереробного заводу.

Перегонка нафти - спосіб її переробки, що ґрунтується на відмінності в температурах кипіння компонентів цієї суміші. Неабияку увагу питанням нафтоперегонки в 60-70-х роках XIX ст. приділяв Д. І. Менделєєв. Він,

Зокрема, розробив принцип її безпе­рервної дробної перегонки. Під його на­глядом було виготовлено установку, за допомогою якої науковець випробову­вав нову технологію. 1886 р. російський інженер В. Г. Шухов (мал. 8.2) запатен­тував «апарат для безперервної дробної перегонки нафти». Це був технічний переворот, що дав змогу не тільки істот­но підвищити продуктивність нафто­перегінних заводів, але і глибше здій­снювати розділення нафти, тим самим набагато підвищити ступінь її вико­ристання.

Мал. 8.2. Шухов Володимир Григорович (1853-1939). Росій­ський інженер-винахідник. Уперше в світі здійснив промисло­ве факельне спалювання рідкого палива за допомогою винай­деної ним форсунки, що забезпечило ефективне спалювання мазуту, який раніше вважали відходом нафтопереробки. Здійснив розрахунки і керував будівництвом першого в Росії нафтопроводу. Розробив і запатентував промислову установ­ку для перегонки нафти з розкладанням на фракції під впли­вом високих температур і тиску. На межі 1900-х років інженер плідно працював в Україні. Сталеву ажурну сітчасту вежу в м. Миколаєві, унікальний Станіславо-Аджигольський маяк поблизу села Рибальче Голопристанського району Херсон­ської області побудовано за його проектом

Перегонку нафти (мал. 8.3) зазвичай здійснюють у кілька стадій. Уна­слідок одноступінчастої перегонки за атмосферного тиску одержують світлі нафтопродукти: бензин; гас; газойль, або дизельне пальне; у залишку - ма­зут. Двоступінчаста (атмосферно-вакуумна) перегонка потребує не менше

Мал. 8.3.1. Установка для фракційної перегонки нафти за атмосферного тиску: 1 - сира нафта; 2 - трубчаста піч для попереднього підігрівання нафти; 3 - ректифікаційна колона - спеціальна установка, у якій повторюють цикли конденсації й випаровування рідких компонентів нафти. На горизонтальних перетинках з отворами (тарілках) відбувається конденсація фракцій нафти. На більш високих тарілках накопичуються низькокиппячі фракції, на нижніх - висококиплячі.

Продукти перегонки нафти: 4 - газовий бензин; 5 - лігроїн; 6 - газолін; 7 - гас; 8 - реактивне пальне; 9 - дизельне пальне; 10 - мазут; 11 - гудрон (це спрощена схема. Температурні інтервали і продукти залежать від умов конкретного виробництва. Для перегонки нафти зазвичай використовують п’ять ректифікаційних колон, у яких послідовно виокремлюють

Різноманітні нафтопродукти).

Il - Промислові ректифікаційні колони великої потужності - споруди 40-60 м заввишки і

Діаметром 3-6 м

Мал. 8.4. Перегонка нафти: 1. Прилад для перегонки нафти: А - термометр; Б - пробірка зі скловатою, просоченою сирою нафтою; В - Г-подібна газовідвідна скляна трубка; Г - вода з льодом, у яку занурено пробфку-приймач. 2. Фракції, зібрані за чотирьох різних температур (розташовані за зростанням температури кипіння). 3. Низькотемпературні фракції перегонки нафти горять без кіптяви. Зі збільшенням довжини карбонового ланцюга зростає температура кипіння складових нафти. Ці фракції горять кіптявим полум'ям

Двох ректифікаційних колон (мал. 8.3). У другій ректифікаційній колоні вакуумною перегонкою з мазуту отримують мастила і залишок — гудрон. Добуті ректифікацією нафтопродукти хімічно переробляють. Докладніше про це буде у § 10.

Розділення нафти на фракції методом перегонки ви також можете спо­стерігати в шкільній хімічній лабораторії (мал. 8.4).

Продукти перегонки нафти та їхнє застосування відомі чи не кожному. Докладніше дізнатися про них ви зможете з таблиці 8.1.

Таблиця 8.1. Склад і застосування продуктів перегонки нафти

Ознайомтеся зі зразками продуктів перегонки нафти, виконавши лабо­раторний дослід.

Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів Уважно роздивіться видані вам зразки нафтопродуктів. Зверніть увагу на їхній зовнішній вигляд, агрегатний стан, колір, в’язкість. Схарактеризуйте кожний зі зразків, за­значте спосіб його добування і галузі застосування. Звіт оформіть як таблицю або в довільній формі.

Дізнайтеся більше... Першу гасову лампу бачив у Багдаді і описав перський науковець-енциклопедист алхімік Ap-Разі (IX ст.).

1853 р. львівські аптекарі і підприємці Ігнасій Лукасевич і Йоган Зег методом фракційної дистиляції добули з нафти гас. Вони отримали привілей від ав­стрійського цісарського бюро на запропонований ними спосіб очищення наф­тових дистилятів. Так було започатковано світову нафтову промисловість, а Галичина посіла третє місце у світі з нафтовидобутку після Росії і США.

У той самий час майстер-бляхар Адам Братковський виготовив першу в світі гасову лампу. За такого освітлення лікар Заорський вперше виконав уночі невідкладну хірургічну операцію у львівському крайовому шпиталі на Ли­чакові.

Детонаційна стійкість бензину характеризує здатність вуглеводнів у його складі протистояти самозайманню за стискання. Це найважливіша кількісна характеристика палива, за якою визначають його сортність і застосов­ність у двигунах різних конструкцій.

Висока детонаційна стійкість бензинів зумовлює їхнє рівномірне згорян­ня за всіх режимів експлуатації двигуна. Унаслідок стиснення паливно - повітряної суміші температура і тиск зростають, розпочинається окиснення вуглеводнів, яке пришвидшується після займання палива. Якщо вуглевод­ні незгорілої частини палива недостатньо стійкі до окиснення, вони зазна­ють вибухового розпаду - «детонаційного згоряння», «детонації».

Октанове число - параметр, що характеризує детонаційну стійкість бензину

І моторних мастил.

Перегрівання, пришвидшення зношуваності двигуна аж до виникнення місцевих руйнувань - прикрі наслідки детонації. Її характерна ознака - різкий специфічний звук, зменшення потужності і зростання задимленості вихлопу. Виникнення детонації зумовлене складом бензину і конструктив­ними особливостями двигуна.

У 30-х роках минулого століття було створено спеціальну шкалу детона­ційної стійкості. За стандарт у ній вибрано гептан нерозгалуженої будови і 2,2,4-триметилпентан - один з ізомерів октану (мал. 8.5). Суміш пари геп­тану з повітрям унаслідок сильного стиснення легко детонує, тож якість гептану як палива прийнято за нуль. Унаслідок розгалуженості карбоново­го ланцюга ізооктан стійкий до детонації, тому його якість як палива узято за 100. Детонаційну стійкість бензину порівнюють зі стійкістю стандарт­них сумішей. Приміром, бензин з октановим числом 98 (мал. 8.6) має таку саму детонаційну стійкість, що й стандартна суміш, об’ємна частка ізоок­тану в якій становить 98 % (яка об’ємна частка н-гептану в стандартній суміші з октановим числом 95?).

Мал. 8.6. Автомобільні бензини позначають літерою «А» і відповідними октановими числами

Бензин, який отримують з нафти прямою пере­гонкою, має низьке октанове число (41-56). Для підвищення антидетонаційної стійкості до бензи­ну вводять високооктанові компоненти, зокрема ароматичні вуглеводні з коротким розгалуженим бічним ланцюгом, суміш насичених вуглеводнів J розгалуженої будови.

Також октанове число підвищується внаслідок добавляння антидетонаторів. Незважаючи на ефективність, багато із цих ре­човин нині заборонені до використання, оскільки є канцерогенами і спри­чиняють забруднення довкілля сполуками важких металів, передусім - Плюмбуму.

ПРО ГОЛОВНЕ

Про головне:

Перегонка нафти — спосіб її переробки, що ґрунтується на відмінності в температурах кипіння компонентів цієї суміші.

Детонаційна стійкість бензину характеризує здатність вуглеводнів у його складі протистояти самозайманню за стискання.

Октанове число — параметр, що характеризує детонаційну стійкість бензину і моторних мастил.

Детонаційну стійкість бензину порівнюють зі стійкістю стандартних сумішей, що складаються з н-гептану й ізооктану.

Для підвищення антидетонаційної стійкості до бензину вводять висо­кооктанові компоненти й антидетонатори.

10. ‘Одинадцяти класниця Марійка, виконуючи домашнє завдання з хімії, писала ре­ферат про детонаційну стійкість пального. Під час пошуку інформації їй трапилися термі­ни «октанове число» і «цетанове число». Комп'ютерна програма автоматичної перевірки орфографії замінила прикметник «цетанове» на «метанове». З’ясуйте, які із цих означень правильні, і розтлумачте їх. ’

Творча майстерня

Дізнайтеся: а) що зображено на мініатюрі з Мадридського рукопису «Хроніки»

І Іоанна Скілиці (мал. 8.7); б) як Берта Бенц змінила світ; в) герб якого міста зображено! на малюнку 8.8. Підготуйте стислі повідомлення із цих питань.