Nafta

5854 0

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...........................27Įvadas

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), azzoto (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 (CC20 – 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 mo

olekulinės 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 suunkiąja 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. Ta
am 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, ta
ačiau 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 sa

avybes.) 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 deparafiniz.uojant, 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 frakcijose.

Cikloalkanai 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

Ciklope.ntanas 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

HC CH HC C – CH3 HC C CH

CH CH CH CH

Benzolas Toluolas Naftalinas

Arenai gerai tirpdo organines medžiagas ir maišosi su organiniais tirpikliais — etanoliu, eteriu, acetonu. Todėl kieti angliavandeniliai ištirpsta skystuose, o gaminant degalus, į juos galima įmaišyti nenaftinių komponentų. Arenų tankis ir virimo temperatūra, lyginant su kitais angliavandeniliais, yra patys didžiausi. Jų garai ir skysčiai yra nuodingi. Kai kurie policikliniai junginiai, pavyzdžiui, benzpirenas C20H12, turi kancerogeninių savybių – sukelia vėžį. Kuo degaluose daugiau arenų, tuo, jiems sudegus, deginiuose daugiau susidaro benzpireno, todėl arenų kiekis degaluose turi būti ribojamas.

Arenai absorbuoja drėgmę. Nukritus temperatūrai, jų higroskopiškumas sumažėja. Todėl, pavyzdžiui, žiemę, iš arenų gali išsiskirti vanduo ir užšalti maitinimo sistemos vamzdeliuose.

Arenu klampa 2 (žr. 2 pav.) užima tarpinę padėtį tarp alkanų ir cikloalkanų klampų. Tačiau, žemėjant temperatūrai, ji labai staigiai didėja, todėl arenai yra nepageidaujami žieminių rūšių tepaluose. Klampos dydis ir jo priklausomybė nuo temperatūros yra susiję su arenų struktūra. Šoninės grandinės sumažina arenų klampą ir jos priklausomybę nuo temperatūros. Klampa būna didesnė ir labiau priklauso nuo temperatūros, kai šoninės jungtys yra trumpesnės. Alyvos klampumines savybes ypač pablogina policikliniai angliavandeniliai, kurių klampa priklauso ne tik nuo ciklų skaičiaus, bet ir nuo jų padėties molekulėje.

Nors arenai turi dvigubų jungčių, tačiau pasižymi labiau sočiųjų negu nesočiųjų angliavandenilių savybėmis: nedalyvauja prisijungimo reakcijose, atsparūs oksidatoriams. Arenų 5 (žr. 2 pav.) atsparumas oksidacijai, lyginant su kitais angliavandeniliais, yra pats didžiausias ne tik normaliomis sąlygomis, bet ir aukštoje temperatūroje. Todėl arenai yra p.ageidaujami benzinuose, nes suteikia atsparumo detonacijai. Arenų atsparumas oksidacijai priklauso nuo jų struktūros, pavyzdžiui, monocikliniai arenai yra labiau atsparūs negu poli-cikliniai. Ciklų skaičiui didėjant, atsparumas mažėja. Šoninės grandinės irgi sumažina arenų atsparumą oksidacijai (kuo jos ilgesnės ir mažiau šakotos). Pastebėta, kad arenai padidina cikloalkanų atsparumą oksidacijai, todėl į alyvas, ‘kad jos ilgiau veiktu, be cikloalkanų, įmaišoma ir šiek tiek arenų, sudarytų iš nedidelio skaičiaus ciklų su ilgomis šoninėmis grandinėmis (ilgos šoninės grandinės sumažina alyvų klampa ir jos priklausomybę nuo temperatūros).

Arenai dėl didelio atsparumo oksidacijai yra visiškai nepageidaujami dyzeliniuose degaluose. Lėčiau oksiduodamiesi, jie sunkiau užsidega ir blogiau dega, todėl būna sunkiau paleisti variklį, kuris trankiau veikia, labiau dyla ir jo degimo kameroje susikaupia daugiau nuodegų.

Kadangi arenai lėčiau negu kiti angliavandeniliai oksiduojasi,. Jie kartais per daug sulėtina degimo procesą, ir varikliai labiau kaista. Degimui paspartinti reikia aukštesnės temperatūros. Todėl benzinus, kuriuose daug arenų, galima naudoti tik didesnio suslėgimo laipsnio varikliuose. Lyginant su cikloalkanais, arenų yra geresnės tepimo savybės, jų veikiami metalai mažiau koroduoja.

Nesočiųjų angliavandenilių naftoje būna nedaug, tačiau jų pagausėja perdirbant naftą, pavyzdžiui, terminio krekingo produktuose—iki 50%. Daugiausia susidaro alkenų, mažiau alkadienų ir alkinų. Distiliuojant nafta, nesočiųjų angliavandenilių susidaro nedaug.

Alkenų fizikinės savybės yra panašios į alkanų, tik šiek tiek žemesnės virimo ir lydymosi temperatūros ir didesnis tankis. Pats paprasčiausias alkanas yra etilenas C2H4. Alkinų virimo temperatūros ir tankiai šiek tiek didesni negu atitinkamu alkenų. Paprasčiausias iš alkinų yra acetilenas C2H2. Alkenai gali sudaryti labai daug izomerų, nes, be anglies atomų, savo vietą molekulėje gali keisti ir dvigubos jungtys.

Nesotiesiems angliavandeniliams būdingos prijungimo, polimerizacijos ir oksidacijos reakcijos. Papildomos jungtys lengvai trūksta ir trūkimo vietoje prisijungia kitos medžiagos. Tokios reakcijos būna naudingos perdirbant naftą, tačiau žalingos laikant ir naudojant jos produktus. Pavyzdžiui, organinėje sintezėje labai svarbi izobutano C4H10 prijungimo prie izobutileno C4H8 dvigubos jungties (alkilinimo) reakcija, kadangi gaunamas labai vertingas benzino komponentas – izooktanas C8H18. Nesočiųjų angliavandenilių molekulės gali jungtis ir vienos su kitomis – polimerintis, sudarydamos naujas medžiagas. Pavyzdžiui, koncentruotos sieros rugšties ir vandenilio aplinkoje galima sujungti dvi izobutileno molekules ir gauti jau minėta benzino komponenta – izooktana. Esant katalizatoriams, alkenai prisijungia vandenilį ir tampa alkanais. Tuo naudojamasi norint sumažinti nesočiųjų angliavandenilių kiekį naftos produktuose. Nesotieji angliavandeniliai jungiasi ir su sieros rūgštimi, todėl naftos produktams išvalyti sunaudojami dideli šios rūgšties kiekiai.

Normaliomis sąlygomis nesotieji angliavandeniliai 3 (žr. 3 pav.) labai lengvai oksiduojasi sudarydami įvairius deguoninius junginius bei dervingas polimerines medžiagas. Laikomi degalai ir tepalai, iš kurių nevisiškai pašalinti alkenai labai greitai dervėja, rūgštėja ir sensta. Tokie procesai dar intensyviau vyksta naudojant tepalus varikliuose. Oksidacijos, polimerizacijos procesus spartina aukštesnė temperatūra, didesnis dvigubų jungčių skaičius, metalų katalitinis poveikis. Taigi nesotieji angliavandeniliai labai prastina visų naftos produktų, ypač tepalų savybes.

Aukštoje temperatūroje, būdami dujinėje būklėje, nesotieji angliavandeniliai yra gana atsparūs oksidacijai ir benzinams suteikia neblogu antidetonacinių savybių. Alkenai yra tuo atsparesni oksidacijai, kuo daugiau turi dvigubų jungčių ir kuo arčiau molekulės centro esti tos jungtys. Tačiau tokių benzinų negalima ilgai laikyti. Todėl nesotieji angliavandeniliai, gaminant tepalus., būna šalinami, o į degalus, kad nesioksiduotų, dedama specialių priedų.

Alkenai ir alkadienai yra puiki žaliava chemijos pramonei. Iš jų gaminamas kaučiukas, etilenglikolis (antifrizams), stabdžių skystis, priedai alyvoms, etanolis, sintetinės plovimo priemonės ir kitos vertingos medžiagos.

Visų angliavandenilių klampa priklauso nuo temperatūros, molekulinės masės ir struktūros. Temperatūrai krintant, klampa didėja, todėl, nurodant klampa, reikia kartu nurodyti ir temperatūra, kurioje ji nustatyta. Sustingus alyvai (pvz., žiemą), būna sunku paleisti variklį arba pajudėti mašinai iš vietos. Dėl to tenka gaminti vasarinių ir žieminių rūšiu tepalus ir degalus.

Didėjant angliavandenilių molekulinei masei, didėja ir ju klampa. Nustatyta, kad aukštesniųjų angliavandenilių klampa labiau kinta, kintant temperatūrai, negu žemesniųjų angliavandenilių klampa. Taigi, kai klampa mažesnė, ji mažiau priklauso ir nuo temperatūros. Dėl to stengiamasi, kad žieminių naftos produktų klampa būtų mažesnė ir jie mažiau sustingtų.

Didžiausią įtaką naftos klampai ir jos priklausomybei nuo temperatūros turi žiediniai angliavandeniliai, nes jų pačių skystis arba tirpalų klampa būna didesnė negu kitų angliavandenilių ir labiau priklauso nuo temperatūros. Mažiausiai klampūs yra alkanai (žr. 2 pav.), labiausiai – arenai ir ypač cikloalkanai. Todėl, kintant temperatūrai, mažiausiai keičiasi alkanų klampa, o daugiausia – arenų. Naftos klampa priklauso ir nuo slėgio – suslegiant didėja. Tai svarbu alyvoms, nes mažiau išdyla labai apkrautos detalės.

Apibendrinant visų angliavandenilių atsparumą oksidacijai, matyti, kad jis priklauso nuo temperatūros, anglies atomų skaičiaus molekulėje ir molekulių strukturos. Temperatūrai kylant, visų angliavandenilių atsparumas oksidacijai mažėja. Todėl, pavyzdžiui, normaliomis sąlygomis alyvą galima laikyti 5 ir daugiau metų, o naudojant variklyje, reikia keisti kas 500 darbo valandų. Pagal atsparumo oksidacijai didėjimą normaliomis sąlygomis angliavandeniliai išsidėsto taip: alkenai < izoalkanai < cikloalkanai < normalūs alkanai < arenai. Todėl ilgiausiai galima laikyti tuos naftos produktus, kuriuose daugiau arenų, normalių alkanų arba cikloalkanų. Aukštoje temperatūroje ši eilė yra kitokia: normalūs alkanai < cikloalkanai < alkenai < izoalkanai < arenai. Pavyzdžiui, nurodytas grupes atitinkantys angliavandeniliai, kurių molekulėje yra tas pats anglies atomų skaičius, turi tokius oktaninius ir cetaninius skaičius: heksanas C6H14 – 25 ir 48, cikloheksanas C6H12 – 83 ir 19, heksenas C6H12 – 89 ir 10, izoheksanas I – C6H14 – 92 ir 14, benzolas C6H6 – 113 ir 4. Oktaninis skaičius rodo benzino atsparumą detonacijai, o cetaninis skaičius – dyzelinių degalų užsidegamumą. Kuo šie skaičiai didesni, tuo atitinkami benzinai yra labiau atsparūs detanacijai, o dyzeliniai degalai – lengviau užsidega. Todėl arenai, izoalkanai ir cikloalkanai yra vertinami benzine, o normalūs alkanai ir iš dalies cikloalkanai – dyzeliniuose degaluose. Įmaišius dyzelinių degalų į benziną, šio atsparumas detonacijai sumažėja.

Tarp degalų cheminės sudėties ir oktaninio bei cetaninio skaičiaus yra toks empirinis ryšys:

OS = 120 – 2CS; CS = 0,85 Al + 0,1Ck – 0,2Ar;

čia OS ir CS — oktaninis (nustatytas variklio metodu) ir cetaninis skaičius; Al, Ck ir Ar – atitinkamai alkanų, cikloalkanų ir arenų masė degaluose, %.

Didėjant anglies atomų skaičiui molekulėje, angliavandenilių atsparumas oksidacijai mažėja, nes sudėtingesnės molekulės yra nepatvarios. Pavyzdžiui, normalių alkanų oktaninis skaičius mažėja taip: metanas CH4 – 105, butanas C4H10 – 94, heksanas C6H14 – 25, heptanas C7H16 – 0 ir t.t. Vadinasi, naftos produktų atsparumas detonacijai mažėja tokia seka: dujos > benzinas > dyzeliniai degalai > mazutas.

Didėjant molekulinei masei, visų angliavandenilių tankis didėja, virimo ir lydymosi temperatūros kyla. Karbiuratoriniuose varikliuose degusis mišinys yra ruošiamas palyginti nelabai aukštoje (50— 300 °C) temperatūroje. Todėl labai svarbu, kad b.enzinas lengvai garuotų. Dyzelinių degalų garavimas gali būti silpnesnis, nes šie degalai įpurškiami į karštą (500—700 °C) orą. Todėl benzinas yra gaminamas iš lengvesnių naftos frakcijų negu dyzeliniai degalai. Dyzeliniai degalai, patekę į benziną, nespėja kartu su juo išgaruoti ir sudegti. Todėl sumažėja variklio galia, ekonomiškumas ir, nesudegusiems degalams nuolat nuplaunant alyvą, intensyviau dyla cilindras. Alyva (ypač variklių) yra geresnė, kai mažiau garuoja, nes mažesni jos nuostoliai.

Pagal didėjančias tankio, virimo ir lydymosi temperatūrų reikšmes angliavandeniliai dažniausiai išsidėsto taip: alkanai < cikloalkanai < arenai. Kuo naftos produktai yra lakesni, tuo laikant susidaro didesni jų nuostoliai ir esti didesnis pavojus užsidegti.

Deguonies sieros ir kiti junginiai. Naftoje, be grynų angliavandenilių, būna ir jų junginių su deguonimi, siera, azotų, metalais.

Deguonies junginiai naftoje būna karboninių rūgščių, fenolių ir dervingų medžiagų pavidalų. Daugiausia šių junginių būna dervingoje naftos dalyje, mažiau – tepalų, dyzelinių degalų ir mažiausiai – benzino frakcijose. Naftoje šie junginiai atsirado oksiduojantis angliavandeniliams.

Karboninėmis rūgštimis RCOOH vadinami junginiai, kurių molekulės susideda iš angliavandenilio radikalo R ir karboksilinės grupės COOH, pavyzdžiui, acto rūgštis CH3COOH, skruzdžių rūgštis HCOOH ir kt. Naftoje, ypač dyzelinių degalų frakcijose, daugiausia cikloalkanų karboninių darinių – nafteninių rūgščių CnH2n-1COOH. Valant naftos produktus šarmų, susidaro šių rūgščių druskos, kurios dažniausiai nesikristalizuoja – būna koloidinės arba plastinės konsistencijos. Tokios medžiagos blogina dyzelinių degalų filtravimosi savybes – užkemša smulkiuosius filtrus. Todėl, gaminant degalus, jas reikia pašalinti. Įvairių metalų nafteninių rūgščių druskos – muilai yra geri plastinių tepalų tirštikliai.

Naftoje ir jos produktuose šiek tiek būna ir riebiųjų rūgščių CnH2n+1COOH, kurios turi alkilų radikalus. Vykstant naftos produktų oksidacijai, gali susidaryti oksirūgštys arba asfaltogeninės rūgštys – rūgščiosios dervos. Oksirūgštys, be karboksilinės, dar turi ir vieną hidroksilinę grupę, asfaltogeninės rūgštys – ne mažiau kaip tris hidroksilines grupes, iš kurių viena pasižymi rūgštinėmis savybėmis. Nafteninės rūgštys gerai tirpsta visuose naftos produktuose ir kituose organiniuose tirpikliuose, bet visai netirpsta arba labai blogai tirpsta vandenyje. Lyginant su stipriomis mineralinėmis rūgštimis, karboninės rūgštys yra silpnos: juodųjų metalų beveik neveikia, tačiau kai kuriuos spalvotuosius (švina, cinkę ir kt., kurie įeina į guolių lydynių sudėtį) koroduoja gana aktyviai. Mažėjant molekulinei masei, jų cheminis aktyvumas didėja. Dėl šių savybių karboninės rūgštys yra nepageidaujamos visuose naftos produktuose, ypač tepaluose, ir gaminant naftos produktus, pašalinamos. Tačiau, oksiduojantis naftos produktams (pvz., alyvai) varikliuose, pamažu ju gausėja.

Fenoliai ROH — hidroksiliniai aromatiniai junginiai, kurių molekulėse hidroksilas OH sujungtas tiesiog su benzolo žiedo (radikalas R) anglies atomu. Fenoliai pasižymi silpnomis rūgštinėmis savybėmis, yra nuodingi.

Dervingosios medžiagos — labai sudėtingi organiniai junginiai, sudaryti iš anglies, vandenilio, deguonies, kartais dar iš sieros ir azoto. Jų molekulėse yra įvairių angliavandenilių hibridai: alkilcikloalkanai, arenocikloalkanai, alkilarenocikloalkanai. Kai angliavandenilių molekulėje vietoj anglies atomo yra kitoks elementas, junginiai vadinami heteroatominiais (heterocikliniais). Skirtingai negu organinės rugštys, dervinės medžiaigos pasižymi neutraliomis savybė-mis. Pagal tirpumą jos sikirstomos į dervas, asfaltenus, karbenus ir karboidus. Dervos yra pirminiai angliavandenilių oksidacijos ir polimerizacijos produktai, kurie toliau oksiduodamiesi, iš pradžiu virsta asfaltenais, po to karbenais ir galiausiai karboidais. Dervos yra tamsiai rudos spalvos skystos arba pusiau skystos stipriai dažančios medžiagos. Ju tankis būn.a apie 1100 kg/m3, molekulinė masė – nuo 600 iki 1000. Dervos gerai tirpsta lengvuose naftos produktuose, kartu juos nudažo. Dėl to benzinas ir dyzeliniai degalai sendami keičia spalvą. Kai dervų susidaro daugiau, negu gali ištirpti, iškrinta dervingos nuosėdos. Dervos lengvai sulfidinasi tirpdamos sieros rūgšties tirpale, todėl ši rūgštis naudojama degalams ir tepalams valyti. Apskritai dervos nėra patvarios medžiagos: net švelniomis normaliomis sąlygomis jos lengvai oksiduojasi ir polimerizuojasi virsdamos asfaltenais. Asfaltenai – tai rupūs, kieti, tamsios spalvos junginiai, kurių tankis didesnis už vienetą, o molekulinė masė 2 – 3 kartus viršija dervų masę. Todėl manoma, kad asfaltenai yra neutralių dervų 2 – 3 molekulių kodensacijos produktas. Asfaltenai netirpsta lengvuose naftos produktuose, todėl, jiems susidarius, iškrinta nuosėdos. Benzole ir kituose organiniuose tirpikliuose asfaltenai tirpsta gerai. Jiems oksiduojantis, susidaro dar tankesnės ir kietesnės medžiagos – karbenai, tirpstantys tiktai anglies disulfide CS2. Galutinis karbenų (arba asfaltenų) oksidacijos ir polimerizacijos produktas yra karboidai. Jie yra kietesni už karbenus ir netirpsta jokiuose tirpikliuose. Karboidai gali sukelti net abrazyvinį variklio detalių dilimą.

Taigi naftos oksidacija vyksta dviem kryptimis. Vienu atveju oksidacijos produktai būna rūgštys, kitu – neutralios dervingos medžiagos. Rūgštys dažniausiai susidaro oksiduojantis alkanams ir cikloalkanams, dervos – arenams ir cikloalkanams. Lygiai taip pat oksiduojasi ir naftos produktai — degalai ir tepalai. Naudojant alyvą variklyje, palengva joje kaupiasi rūgščių ir dervų, detalės apsilakuoja, užsikoksuoja stūmoklių žiedai.

Karboninės rūgštys, fenoliai ir dervingos asfaltinės medžiagos, gaminant degalus ir tepalus, pašalinami. Pavyzdžiui, veikiant rūgštis šarmu, susidaro netirpios druskos, kurias lengva atskirti filtruojant.

Sieros junginiai yra kenksminga naftos ir jos produktų priemaiša. Sieros junginiai koroduoja metalus, ypač, kai aplinkoje esti drėgmės. Degalai, užteršti sieros junginiais, spartina variklių dilimą, perdirbant sieringą naftą, genda katalizatoriai, patys sieros junginiai yra nuodingi ir nemalonaus kvapo, jų degimo produktai kenkia gamtai. Distiliuojant naftę, daugiausia sieros lieka sunkesnėse frakcijose: benzine jos būna iki 0,2%, žibale – iki 1%, dyzeliniuose degaluose – iki 2% ir daugiau kaip 75% – lieka mazute.

Naftoje ir jos produktuose siera būna laisva ir junginiuose. Pagal poveikį metalams sieros junginiai yra skirstomi į aktyvius ir pasyvius. Aktyvūs junginiai dažniausiai pasižymi rūgščių savybėmis ir gali tiesiogiai reaguoti su metalais, pasyvūs — metalų neveikia. Tačiau degdami visi junginiai sudaro koroziniu aktyvumu pasižyminčius sieros oksidus SO2 ir SO3, todėl degaluose neturi būti jokių sieros junginių.

Aktyviesiems junginiams priklauso vandenilio sulfidas H2S, laisvoji siera S ir tioliai (merkaptanai RSH). Vandenilio sulfidas yra sunkesnės už orą, labai nuodingos, nemalonaus kvapo dujos. Naftoje jo būna retai. Tačiau, kai perdirbant nafta, suskaidomi sudėtingieji sieros junginiai, jo atsiranda visada. Laisvosios sieros naftoje būna visada. Ji reaguoja beveik su visais metalais išskirdama šilumą. Tioliai yra nemalonaus kvapo, lengvai garuojantys skysčiai. Jų daugiausia patenka į benzino ir žibalo frakcijas. Kaip jau buvo minėta, sieros junginių visai neturi būti. Kai kuriuose naftos produktuose tikrinama varine plokštele.

Pasyviesiems junginiams priklauso organiniai sulfidai RSR1, disulfidai RS2R1 ir tiofenai. Daugiausia (iki 80%) būna sulfidų. Tai nemalonaus kvapo neutralūs skysčiai, užverdantys neaukštoje temperatūroje, tad jų daugiausia būna lengvesnėse naftos frakcijose. Kaitinami sulfidai suskyla į vandenilio sulfidą ir alkenus. Disulfidai yra labiau aktyvūs ir sunkesni negu sulfidai skysčiai. Naftoje jų būna nedaug. Kaitinami lengvai skyla į tiolius, vandenilio sulfidą ir angliavandenilius. Tiofenų daugiau randama vidutinėse ir sunkiose. naftos frakcijose. Tai net aukštoje temperatūroje patvarus ir chemiškai mažai aktyvūs žiediniai sieros junginiai.

Pasyvūs sieros junginiai tepalams nekenksmingi. Kai kurie iš jų net pageidaujami, nes, sudarydami metalo sulfido apsauginę plėvelę, sumažina trinties paviršių išdilimą. Tokie sieros junginiai pagerina kai kurių transmisinių alyvų tepimo savybes. Sieringi junginiai padidina alyvos klampą.

Azoto junginių daugiausia susikaupia dervingoje naftos dalyje. Jie sumažina naftos produktų stabiluma laikant, suteikia nemalonu kvapą, perdirbant naftę, gadina katalizatorius. Azoto junginiai iš naftos produktų pašalinami sieros rūgštimi: susidaro drus-kos, kurios netirpsta angliavandeniliuose, o dujinis azotas (ar jo oksidai) išsiskiria į aplinką.

Naftoje būna junginių, kurių sudėtyje yra metalu: nikelio, vanadžio, natrio, sidabro, kalcio, aliuminio, vario ir kt. Kai kurie iš jų, pavyzdžiui, vanadis, natris, yra nepageidaujami naftos produktuose. Sudegant degalams, susidaro vanadžio oksidas V2O5, kuris labai koroduoja variklio detales. Be to, vanadis ir nikelis kenkia katalizatoriams. Todėl kenksmingi elementai iš naftos turi būti šalinami.

3. Nafots perdirbimas į degalus ir tepalus

3.1 Fiziniai naftos perdirbimo būdai.

Naftai perdirbti yra fiziniai ir cheminiai būdai. Fiziniais būdais vadinami tokie būdai, kai, perdirbant naftą, nepasikeičia joje esančių angliavandenilių struktūra. Pavyzdžiui, jaegu naftoje yra daugiausia alkanų, tai ir jos prodūktuose jų liks daugiausia. Cheminiai perdirbimo būdai pakeičia angliavandenilių struktūrą, todėl žaliavos ir gautų produktų savybės skiriasi. Pavyzdžiui, benzine labiau pageidaujami arenai, bet naftoje daugiau yra alkanų. Perdirbant naftą cheminiu būdu, alkanai yra paverčiami arenais.

Išsiurbta iš žemės gelmių nafta yra surenkama specialiuose rezervuose. Dar verslovėse atskiriamos dujos, vanduo, druskos ir mechaninės priemaišos. Po to atliekamas pirminis jos perdirbimas – distiliavimas, t. y. naftos sudėtyje esančių angliavandenilių atskyrimas vienų nuo kitų pagal virimo temperatūras į frakcijas. Distiliavimas vyksta esant atmosferos slėgiui. Nafta / siurbliu / (5 pav.) per šildytuvą 2 ir valytuvus 3 tiekiama į kaitinimo krosnį 4. Krosnyje ji įkaitinama iki 350 – 380°C, ir visi angliavandeniliai, kurių virimo temperatūra yra žemesnė negu 380 °C, išgaruoja. Naftos garai ir likęs kondensatas patenka į atmosferinę rektifikavimo koloną 5, kurioje temperatūra, kylant į viršų, palengva mažėja nuo 380 °C (apačioje) iki 30 °C (viršuje). Įvairiuose kolonos aukščiuose padarytos specialios pertvaros kondensatui surinkti. Garai, kildami į viršų, palengva atvėsta ir ant atitinkamų pertvarų kondensuojasi. Taip naftoje esantys angliavandeniliai pagal virimo temperatūras išsiskaido į dujų II ( < 30°C), benzino /// (30 – 200°C), žibalo IV (120 – 320 °C) ir gazolio V (160 – 380 °C) frakcijas, kurių tankis (20 °C temperatūroje) toks: benzino – 710 – 740 kg/m3, žibalo – 790 – 830, gazolio – 800 – 860, alyvų – 870 – 940 kg/m3. Liekana VI vadinama mazutu (>380°C). Dujų (C1-4) gaunama 1 – 1,1%, benzino (C6-11) – 12 – 15, žibalo (C9-15) – 16 – 17, gazolio (C12-17) – 17 – 20, mazuto (C18-50) – 45 – 50%. Benzino, žibalo ir gazolio frakcijos, kurių virimo temperatūra yra iki 350 °C, vadinamos šviesiaisiais naftos produktais. Gauti distiliatai dar netinkami naudoti ir tėra tik žaliava tolesniam perdirbimui: kai kurie iš jų gali būti dar kartą distiliuojami ir skirstomi į smulkesnes frakcijas, perdirbami chemiškai, valomi. Benzinas, pavyzdžiui, skaidomas į tokias frakcijas: virimo temperatūra iki 62 °C, 62 – 85, 85 – 105, 105 – 140, 140 – 180 °C. Gaminant prekinius produktus, išvalyti distiliatai dozuojami pagal tam tikrą frakcinę sudėti ir į juos įmaišoma specialių priedų eksploatacinėms savybėms pagerinti. Iš benzino frakcijų gaminamas automobilinis ir aviacinis benzinas, iš žibalo – reaktyviniai degalai, techninis ir apšvietimo žibalas, iš gazolio – dyzeliniai degalai. Mazut.as naudojamas tepalams ir krosniniam kurui gaminti, taip pat kaip žaliava krekingo procesams.

Mazutas į tepalus perdirbamas distiliavimu vakuume. Vakuumo reikia angliavandenilių virimo temperatūrai pažeminti, kad būtų iš¬vengta jų skaidymosi. Mazute esančių angliavandenilių virimo temperatūra yra aukštesnė už jų skaidymosi temperatūrą. Mazutas VI iš rektifikavimo kolonos 5 siurbliu 6 per kaitinimo krosnį 7 tiekiamas į rektifikavimo koloną 8. Krosnyje 7 ir kolonoje 8 yra vakuumas (8 – 11 kPa), todėl angliavandeniliai, kurių virimo temperatūra yra iki 500 °C, išsidistiliuoja 410 – 420 °C temperatūroje. Mazuto distiliatas skaidomas į tris frakcijas: skystieji angliavandeniliai VIII (300 – 400 °C) – 7 – 8%, vidutiniai IX (350 – 420 °C) – 7 – 8% ir tirštieji X (420 – 490 °C) – 6 – 7% naftos masės. Liekana XI, gauta atskyrus distiliatus, vadinama gudronu (>500 °C) – 20 – 30%. Distiliuojant šiek tiek susidaro ir vakuuminių dujų – gazolio VII (<300°C). Kartais distiliuojama tik iki tol, kol iš mazuto išskiriama skystoji ir vidutinė frakcijos, o tirštieji tepalai gaminami iš gudrono. Tokie tepalai va¬dinami atliekų tepalais. Distiliuojant mazutą, tepalų išeiga būna iki 50% nuo sunaudoto mazuto. Iš viso tepalų gamybai sunaudojama tik 2—2,5% perdirbamos naftos.

Gauti distiliatai dar netinka vartoti. Po to jie dar valomi ir mai¬šomi vieni su kitais, kad būtų tinkamos klampos. Taip paruošti tepa¬lai vadinami baziniais. Į juos įmaišant specialių priedų, gaunami norimų eksploatacinių savybių prekiniai tepalai. Priklausomai nuo panaudotų distiliatų, tepalai skirstomi į distiliatų, mišinių ir atliekų tepalus. Distiliatų tepalai gaminami iš atskirų arba sumaišytų dis¬tiliatų. Atliekų tepalai, kaip jau buvo minėta, gaminami iš gudrono. Sumaišant atliekų tepalus su distiliatais, yra gaunami mišinių tepalai. Atliekų tepalai pasižymi geromis eksploatacinėmis savybėmis. Jų le¬pumas, antioksidacinės bei kitos savybės esti geresnės negu distiliatų tepalų. Iš skystųjų distiliatų gaminamos lengvosios industrinės ir transformatorinės alyvos, iš vidutinių ir sunkiųjų – industrinės ir variklių, iš mišinių ir atliekų – transmisinės, sunkiosios industrinės ir kt. Alyvos. Iš viso pramonė gamina apie 400 įvairių rūšių tepalų. Iš gudrono gaminamas bitumas, asfaltai kelių dangai ir kitos me¬džiagos.

3.2 Cheminiai naftos perdirbimo būdai

Distiliuojant naftą, ben¬zino gaunama nedaug – vos 10 – 15% nuo perdirbamos naftos. Be to, distiliatas būna labai neatsparus detonacijai, nes naftos lengvo¬siose frakcijose, kurių, distiliuojant naftą, patenka į benzinus, dau¬giausia yra oksidacijai neatsparių normaliųjų alkanų.

Distiliato benzino oktaninis skaičius neviršija 60—70 vienetų, o kokybiškų benzinų jis turi būti ne mažesnis kaip 90. Daugiau ir geresnės kokybės benzino galima gauti taikant antrinius – cheminius naftos perdirbimo būdus. Gaminant dyzelinius degalus ir tepalus, distiliatų perdirbti chemiškai nereikia. Todėl, pavyzdžiui, dyzeliniai degalai “yra žymiai pigesni negu benzinas.

Cheminiai naftos perdirbimo būdai yra skirstomi j terminius ir katalitinius. Terminiais procesai vadinami tokie, kai naftos distiliatai, perdirbami aukšta temperatūra ir slėgiu, o katalitiniais tokie, – kai procesui paspartinti dar panaudojami ir katalizatoriai. Gaminan benzinus, svarbiausi iš cheminių procesų yra krekingas, riformingas, izomerizacija, alkilinimas, polimerizacija, hidrogenizacija ir kt.

Krekingas naudojamas benzino kiekiui padidinti. Jo esmė yra tokia. Veikiant aukštai temperatūrai T, slėgiui P ir katalizatoriams K sunkesnieji angliavandeniliai suskaidomi į lengvesniuosius:

TPK

C2nH4n+2 CnH2n+2 + CnH2n

Alkanas Alkanas Alkenas

Pavyzdžiui, skylant heksadekanui C16H34 (vir. T. = 287°C), kurio yra dyzeliniuose degaluose, susidaro oktanas C8H18 (125,6 °C) ir oktenas C8H16 (122,5 °C), t. y. benzino sudėtinės dalys.

Taip iš gazolio arba mazuto galima gauti benziną arba, dar labiau suskaidžius, dujas. Iš pateikto pavyzdžio matyt.i, kad vienas iš gautų angliavandenilių yra sotusis (C8H18), kitas – nesotusis (C8H16). Vadinasi, vykstant krekingui, gali susidaryti daug (iki 50%) nesočiųjų angliavandenilių, kurie sumažina benzino stabilumą.

Krekingas būna katalitinis ir terminis. Dabar daugiausia naudojamas katalitinis krekingas. Katalizatoriai pagreitina reakcijas, pagerina produktų kokybę, procesas gali vykti esant žemesnei temperatūrai ir mažesniam slėgiui. Benzino kiekis ir kokybė priklauso nuo žaliavos, temperatūros, slėgio, katalizatorių ir kitų faktorių. Žaliava krekingui yra mazutas. Padidėjus dyzelinių degalų paklausai, gazolio frakcijos mažai benaudojamos. Geriausiai tinka aukštesnieji alkanai ir cikloalkanai, kurių virimo temperatūra yra aukštesnė kaip 190 °C. Alkanai skaidydamiesi padidina benzino išeigą, o cikloalkanai, virsdami arenais, pagerina jo kokybę. Arenai, esantys žaliavoje, papasižymi stabilumu, taigi krekingo metu lieka nepakitę. Reakcijoje susidarė alkanai jungiasi tarp savęs sudarydami izoalkanus ir arenus arba, prisijungę vandenilį, tampa sočiaisiais angliavandeniliais. Kretingas sparčiau vyksta aukštesnėje temperatūroje, tačiau tada susidaro daugiau nesočiųjų angliavandenilių. Slėgis sumažina nesočiųjų ir dujinių angliavandenilių kiekį, nes tokiomis sąlygomis jie lengviau jungiasi vieni su kitais arba prisijungia vandenilį. Katali¬tinis krekingas atliekamas esant 470 – 530 °C temperatūrai ir 0,13 – 0,28 MPa slėgiui. Katalizatoriais naudojami kristaliniai aliuminio silikatai -–ceolitai.

Katalitinio krekingo benzinų sudėtyje nesočiųjų angliavandeniliu būna nedaug, todėl laikant jie esti stabilūs. Šių benzinu antidetonacinės savybės yra geros, nes juose daug (iki 60%) izoalkanų ir arenų, o oktaninis skaičius – iki 78 – 82 vienetų. Benzino išeiga sudaro 45 – 50% nuo perdirbamos žaliavos. Katalitinis krekingas yra vienas iš svarbesnių naftos perdirbimo būdų benzinui gauti. Katalitinio krekingo būdu gauti produktai yra naudojami gaminant A-72, A-76 ir AI-93 markių benzinus. Krekingo metu gautos izobutano ir buteno dujos (8 – 15%) perdirbamos į labai kokybišką benzino komponentą – alkilatą. Iš krekingo liekanos (gazolio) gaminamas krosninis kuras.

Terminis krekingas vykdomas aukštesnėje (500 – 520 °C) temperatūroje ir didesniame (3 – 4 Mpa) slėgyje. Nesant katalizatorių, būna mažesnė (18 – 26%) benzino išeiga ir susidaro žymiai daugiau (25 – 40%) nesočiųjų angliavandenilių. Tokių benzinu negalima ilgai laikyti, nes jie oksiduojasi, keičia spalvą, dervėja. Antioksidacinėms savybėms pagerinti į terminio krekingo būdu gautus benzinus dedama specialių priedų. Antidetonacinės savybės taip pat blogesnės (mažiau izoalkanų ir arenų) : oktaninis skaičius – 68 – 72 vienetai. Iš terminio krekingo ir distiliato benzinų mišinio gaminamas benzinas A-72. Tačiau šio benzino paklausa, kai nebegaminami mažo suslėgimo laipsnio varikliai, nuolat mažėja, todėl naftos produktų terminis krekingas benzinui gauti dabar mažai benaudojamas. Jo įrengimai yra pritaikomi naftai distiliuoti arba gudrono negalutiniam: krekingui – visbrekingui, kuriuo sumažinama jo klampa. Riformingo paskirtis – padidinti benzino atsparumą detonacijai. Jo esmę sudaro tai, kad vieni (nepageidaujami) angliavandeniliai, veikiant temperatūra, slėgiu ir katalizatoriais, yra paverčiami kitais (pageidaujamais) angliavandeniliais. Norint padidinti benzino atsparumą detonacijai, reikia padidinti jame arenu kiekį. Jų naftos distiliacija gautame benzine yra mažiausiai. Daugiau arenų galima gauti paverčiant jais alkanus arba cikloalkanus. Atskyrus, pavyzdžiui, iš heksano C6H14 vandenilį, galima gauti benzolą C6H6:

CH2 CH

H2C CH3 HC CH

TPK + 4H2

H2C CH3 HC CH

CH2 CH

Heksanas Benzolas

Benzino kokybė ir išeiga priklauso nuo žaliavos, proceso temperatūros, slėgio ir katalizatorių. Riformingui naudojami distiliavimo, terminio krekingo ir koksavimo būdais gauti benzinai (C7-9), kurių virimo temperatūra yra 85 – 180 °C. Kuo daugia.u žaliavoje sunkesniųjų angliavandenilių, tuo produkto oktaninis skaičius būna didesnis. Lengvosios frakcijos riforminge beveik nedalyvauja, nes benzolo žiedui susidaryti reikia ne mažiau kaip šešių anglies atomų. A

. . .

Join the Conversation

×
×