Строение углеводородов

Углеводороды относятся к классу органических соединений которые классифицируются по химическому строению на ациклические и циклические.

Ациклические - это углеводороды с открытой цепью атомов. В свою очередь они подразделяются на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные).

Предельные - это углеводороды с общей формулой СnН2n+2 (парафины, или алканы). В этих соединениях атомы углерода связаны между собой и с атомами водорода простыми (ординарными) связями: С-С и С-Н.

Парафиновые (алкановые) углеводороды имеют хорошую химическую стабильность при хранении, низкие температуры плавления и кипения, наибольшую весовую теплоту сгорания и наименьшую плотность, в связи с чем объемная теплота сгорания у этой группы углеводородов наименьшая, по сравнению с другими группами.

Непредельные - это углеводороды с общей формулой СnН₂n (олефины); СnН₂n-₂ (ацитиленовые или диеновые), СnН₂n-4, СnН₂n-₆, и т.д. Олефиновые углеводороды содержат одну двойную связь С=С, ацителеновые одну тройную связь С _=С, диеновые две двойных связи, называемые, в зависимости от их взаимного расположения в цепи куммулированными С=С=С, сопряженными С=С - С=С, изолированными С=С- (СН2)n - С=С.

Для непредельных углеводородов характерным является более низкая по сравнению с предельными химическая стабильность при хранении, большая склонность к окислению и более низкая работоспособность продуктов сгорания, чему способствует меньшее количество атомов водорода в молекулах непредельных, по сравнению с алканами.

Циклические - это соединения с замкнутой (кольцевой или циклической) цепью атомов. Они делятся на изоциклические и гетероциклические.

Изоциклические - углеводороды с замкнутой цепью атомов углеводорода. К ним относятся:

а) алициклические, или полиметиленовые (циклопарафины и их производные); Данные соединения называют так же нафтеновыми углеводородами. Они как правило входят в средние и тяжелые фракции и имеют высокую химическую стабильность. В сравнении с парафиновыми соединениями нафтены обладают большей плотностью, более высокой температурой кипения и несколько меньшей весовой плотностью.

б ) ароматические соединения (бензол, нафталин и т.д.). Общая структурная формула моноциклических ароматических соединений С_nН_2n-6. Они, по сравнению с парафиновыми и нафтеновыми имеют большую плотность и температуру кипения. Химически они более активны, чем парафины и нафтены. При сгорании они образуют значительно большее, по сравнению с нафтенами и парафинами, количество неполных продуктов сгорания (углерода), кроме того они более гигроскопичны.

СН₂

Н₂ С СН₂

Н₂ С СН₂

Циклопентан

(нафтеновый УВ)

СН СН СН СН СН

СН Бензол

(ароматический УВ)

Пентан С₅Н₁₂ СН₃ – (СН₂)₃- СН₃   Изопентан С₅Н₁₂   СН₃   СН₃ – СН - СН₂- СН₃  

в) гетероциклические - это соединения, в циклическую систему которых входит кроме атома углерода атомы других элементов. В углеводородных топливах могут находится сера, кислород, азот.

Парафиновые углеводороды составляют основную массу нефти, они устойчивы к реакциям разложения. Эти качества оказывают большое влияние на эксплутационные свойства топлива в частности (на мягкость работы, высокие противодетанационные свойства). Однако они обладают низкой температурой застывания, что делает их присутствие в зимних видах топлива и смазочных маслах крайне нежелательным.
Нафтеновые углеводороды более инертные к окислению по сравнению с парафиновыми. Поэтому они понижают температуру застывания, что является ценным составным компонентом зимних видов топлива и масел. Содержание нафтеновых углеводородов в нефти колеблется в пределах от 20 до 30 %, а в масляных фракциях достигает 70 %.
Ароматические углеводороды обладают высокой термической стойкостью к реакциям разложения. Для этих углеводородов характерны более высокие значения вязкости, плотности, температуры кипения. По этим причинам их присутствие повышает противодетонационные свойства карбюраторного топлива. В силу этих же причин ароматические углеводороды нежелательны в дизельном топливе, так как они вызывают увеличение периода задержки самовоспламенения, что вызывает жесткую работу дизеля. В нефти содержится от 10 до 50 % ароматических углеводородов.
Непредельные углеводороды образуются в процессе термической обработки нефти. Они легко окисляются и имеют склонность к реакциям присоединения и уплотнения, в результате чего образуются смолисто-асфальтовые вещества. Это весьма нежелательно для моторного топлива и смазочного масла, а также это свойство вызывает смолообразование в топливе при хранении, особенно в крекингбензинах.
Органические кислоты содержатся в числе составляющих в нефти. Они не вызывают коррозию черных металлов, но с цветными металлами интенсивно взаимодействуют (особенно с цинком и свинцом).
Смолисто-асфальтовые вещества являются сложными соединениями углерода, водорода и кислорода. Наибольшее количество смолисто-асфальтовых веществ содержится в тяжелых фракциях нефти.
Сернистые соединения могут быть в свободном виде или в составе смолисто-асфальтовых веществ. Они бывают активные и нейтральные. Первые вступают в реакцию с металлами, и их наличие в нефтепродуктах недопустимо. Вторые менее вредные, некоторые из них даже повышают прочность масляной пленки. Для топлива все сернистые соединения нежелательны, так как при сгорании выделяется сернистый и серный газы, которые, вступая в реакцию с водой, вызывают сильную коррозию деталей двигателя.
Азотистые соединения, минеральные примеси, и вода содержатся в нефти в небольших количествах и практически полностью могут быть удалены при очистке и отстаивании нефтепродуктов.

Получение топлива и смазочных масел из нефти.

Основная масса жидкого топлива и смазочного масла получается путем прямой перегонки нефти, или при перегонке химическим способом (крекинг-способ). Принципиальная схема комплексной переработки нефти и остаточного продукта – мазута представлены на рисунках

Начальным этапом переработки нефти является ее подготовка, заключающаяся в удалении из нее растворенных газов, минеральных солей, воды и механических примесей.

Методы переработки нефти и жидких нефтепродуктов делятся на физические и химические.

Физические методы переработки заключаются в том, что используя отличие таких свойств индивидуальных углеводородов как температуры кипения, кристаллизации, растворимости и т. д. производится их извлечение из нефти или нефтепродуктов. Наибольшее распространение получила прямая перегонка нефти и нефтепродуктов (прямогонка) основанная на разнице в температурах кипения отдельных фракций нефти.

Химические методы основаны на глубоких химических деструктивных превращениях, которые претерпевают углеводороды, содержащиеся в нефти или нефтепродуктах под влиянием температуры, давления, катализаторов. Наибольшее распространение среди этих методов получили различные виды крекинга.

Дата добавления: 2013-12-13