Дєрістер (ќысќаша конспект)
жүктеу/скачать 3,94 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Микромодуль 2 – Мұнай көмірсутектері Дәріс 6 – Мұнай алкандары
Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: мұнайдың ғылыми жіктелуі, химиялық жіктелуі, технологиялық жіктелуі Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар: Мұнай ғылыми сипаттама бойынша қалай жіктелінеді? Мұнай химиялық сипаттама бойынша қалай жіктелінеді? Мұнай технологиялық сипаттама бойынша қалай жіктелінеді? Ұсынылған әдебиеттер: Г.К. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. – Алматы.: Бастау, 2007. 34-42 б. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002. С. 103-105. Микромодуль 2 – Мұнай көмірсутектері Дәріс 6 – Мұнай алкандары Дәріс жоспары: Алкандардың физикалық қасиеттері Алкандардың химиялық қасиеттері Мұнайдың газ тәріздес және сұйық алкандары Қатты алкандар 1. М ұнай көбінесе алкандардан тұрады. Мұнайдағы алкандардың жалпы мөлшері 20-50%. Парафинді мұнайда алкандардың құрамы 60% және одан да жоғары, парафині аз мұнайда олардың мөлшері 1-2%. Егер алкандардың мұнай фракцияларына бөлінуін қарастыратын болсақ, барлық мұнайға жалпылама заңдылықтарды байқауға болады: фракцияның қайнау температурасы жоғарлаған сайын алкандардың мөлшері азаяды. Мұнай фракцияларындағы алкандардың мөлшері (%)
Алкандар (парафиндер) – алифатты қаныққан көмірсутектер, жалпы формуласы . Молекулаларындағы көміртек атомы -гибридтену қалпында болады және бір бірімен тармақталмаған немесе тармақталған σ байланыстармен байланысқан. Алкандардың қарапайым өкілдері мына көмірсутектер болып табылады:
Кейбір алкандар мен алкилдерінің аталымдары кестеде келтірілген
Алкандардың тармақталған көміртек тізбегінен тұратындығын көрсету үшін, көбінесе н-алкандар деп белгіленеді. Көміртек атомдарының әртүрлі тізбек түзуге қабілеті алкандар қатарында құрылымдық изомерияның пайда болуына әкеледі. Құрылымдық изомерияның осы түрі көміртек қанқасының изомериясы деп аталады.
Алкандар қатарында көмірсутектердің молекулалық массалары артқан сайын олардың изомерлерінің саны артады. Алкандар қатарындағы изомерлер саны
Құрылымдылық изомерлердің айырмашылығы олардың физикалық қасиеттеріне байланысты. Атомдары тармақталған тізбекті көмірсутектер молекулалардың бір біріне тығызырақ жақындасып орналаспауына және сәйкесінше молекулааралық әсерлесудің аздығына байланысты тармақталған изомерлерге қарағанда едәуір төмен температурада қайнайды. Алкандардың молекулалық массалары артқан сайын олардың балқу және қайнау температуралары жоғарылайды. Кейбір алкандардың физикалық қасиеттері
2. Алкандардағы байланыстардың сипаттамасы
Алкандарға C-C және C-H байланыстарын үзе жүретін барлық процестер тән. C-C байланысын үзе жүретін реакцияларға алкандарды крекингілеу және көміртек қанқасын изомерлеу жатады. C-H байланыстарын үзе жүретін реакцияларға алкандарды сутексіздеу және сутек атомының орнын басу реакциялары жатады. C-C және C-H байланыстарының қатысуымен тотықтырғыштар қатысында алкандардың тотығу реакциялары жүреді. Алкандарды крекингілеу – көміртек қанқасының ірі молекулаларын қыздырғанда және катализатор қатысында ыдырау реакциялары. Мысалы, гександы 450-700 0С крекингілеу мына сызбанұсқа бойынша жүреді: C6H14 → C2H6 +C4H8 Бұл процестің жалпы түрі: CnH2n+2 → CmH2m + CpH2p+2, мұндағы m+p=n. Алкандардың гомологтық қатарындағы мүшелер ортақ химиялық қасиеттер көрсетеді. Бұлар белсенділігі төмен заттар. Олардың қатысыумен жүретін реакцияларды екі типке: C-H байланысы мен C-C байланысы үзіліп жүретін реакцияларға бөледі. Метанның термиялық крекингісі 1000 0C-дан жоғары температурада жүзеге асады. Басқа алкандарға қарағанда метанның ыдырауы C-H байланысы бойынша жүреді. Метанның термиялық крекингісі 1000 0C-дан жоғары температурада ерекше жағдайда жүреді1000 0C-дан, себебі басқа алкандардың крекингісіне қарағанда ыдырау C-C байланысына қарағанда энергиясы жоғары C-H байланысы бойынша жүреді: CH4 → C + 2H2 C-C байланысының үзілуі молекуланың кез келген кездейсоқ жерінде, яғни процестің жүру жағдайына байланысты болады: Катализатор (әдетте алюмосиликаттар) қатысында 450 0С температурада және атмосфералық қысымда молекуланың үзілуімен бірге изомерлену реакциясы жүреді. Алкандардың изомерленуі. Алкандар катализаторлар қатысында және қыздыру нәтижесінде изомерлену қабілетін көрсетеді. Мысалы 100 0С температурада алюминий хлориді қатысында н-бутан келесі изомерге ауысады: Бензиннің құрамында тармақталған көмірсутектердің болуы оның сапасын арттырады. Орын басу реакциясы. Галогендеу, нитрлеу және т.б. реакциялар орын басу реакцияларына жатады: хлорметан дихлорметан трихлорметан тетрахорметан Алкандарды сутексіздеу – қанықпаған көмірсутектер – алкендер және алкиндер алуға әкелетін кең таралған жоғары температуралы каталитикалық процестердің бірі: CnH2n+2 → CnH2n + H2 CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2 Көміртек атомдарының саны С6 және одан да көп алкандар сутексізденуге ұшырса, онда кейбір металдардың оксидтерінің қатысында олардың ароматты көмірсутектерге айнала алкандардың дегидрациклденуі болады: Алкандардың тотығу реакциялары. Органикалық заттардың тотығуы оның құрамына оттекті енгізгенде және немесе сутек бөлінгенде жүзеге асады: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 880 кДж C8H18 + 12,5O2 → 8CO2 + 9H2O + Q Оттек жеткіліксіз болғанда метанның тотығуы мына реакциялар бойынша жүреді: CH4 + 3/2O2 → CO + 2H2O CH4 + O2 → C + 2H2O CH4 + H2O → 3H2 + CO Орташа температурада катализатор қатысында алкандардың біртіндеп тотығуы болады: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 + 3O2 → 2CH3COOH + 2H2O Агретаттық күйіне байланысты парафиндер газ (C1-C4), сұйық (C5-C15) және C16 бастап 20 0С кристалданатын, суда аз еритін, қатты көмірсутектерге бөлінеді. 3. Газтәрізді көмірсутектер C1-C4 - метан, этан, пропан, бутан, изобутан және неопентан. Олардың барлығы табиғи, газконденсатты және мұнайға серіктес газдардың құрамына кіреді. Мұнай газдары шығу тегіне байланысты табиғи, мұнайға серіктес және жасанды болып бөлінеді. Газдардың құрамының бір бірінен айырмашылығы өте көп. Табиғи газдың негізгі компоненті метан болып табылады, оның массалық мөлшері 93-99%. Метанның табиғи газ құрамындағы мөлшері онша үлкен емес: этан 0,1 – ден 8,0%-ке дейін, пропан 0,1 – ден 3,0%-ке дейін, бутан және одан жоғары, пайыздық үлеспен беріледі. Метанның көбірек болуынан және С4-С5 көмірсутектерінің біраз мөлшерінің әсерінен көптеген табиғи газдарды құрғақ газдарға жатқызады. Газконденсатты кен орындарындағы газдар метан гомологтарының мөлшерінің (пропаннан бастап) дереу артуымен ерекшеленеді. Сонымен қатар сұйық көмірсутектердің біраз мөлшері де болады. Сондықтан да олар майлы газдар деп атайды. Осы газдардан ең жеңіл газ бензинін алады. Мұнайдың сұйық алкандары C5-C15 қалыпты жағдайда сұйық күйінде болатын алкандар. Олар мұнайдың бензин және керосин фракцияларында болады және қалыпты немесе аз тармақталған құрылысты болады. Барлық мұнай үшін алкандардың фракцияларға белгілі бір заңдылықпен таралуы болады, онда мұнай фракциясының орташа молекулалық массасының артуымен олардағы алкандардың мөлшері азаяды. Мұнайда пентан, гексан және гептанның барлық изомерлері табылған. Октанның 18 изомер3нен 17, 35 нонан көмірсутектерінен 34 изомер бөлінген. Мұнайда сонымен бірге қалыпты құрылысты барлық алкандар, тіпті С36Н74-ке дейінгі гексатриаконтан табылып, бөлініп алынған. Кейбір мұнайдың фракцияларынан 60-шы жылдары басты көміртек тізбегінде молекулалары 2, 6, 10, 14, 18 жағдайында орналасқан метил топтарынан тұратын тармақталған көмірсутектер алынған. Молекулалардың мұнай құрылысы полиизопреннің қанныққан жүйелі тізбегіне сәйкес келеді. Қазіргі кезде көптеген мұнайдың орташа фракцияларында, сонымен қатар табиғи битумдарда және жер қыртысында шашыраған органикалық заттарда изопреноидты көмірсутектер табылған. Олардың ішінде мұнайда көп таралған көмірсутектер фитан (C20H42) 2, 6, 10, 14 – тетраметилгексадекан және пристан (C19H40) 2, 6, 10, 14 - тетраметилпентадекан Фитан Пристан Мұнайда сонымен қатар Т тәрізді изопренандар табылған: С10Н42 2, 6, 10 – триметил-7-(3-метилбутил)додекан Сұйық алкандар карбюратор, дизель және реактивті двигательдері отындарының құрамына кіреді. Әр отында олардың атқаратын функциясы және өзіне тән қасиеті болады. Бензиннің құрамындағы алкандардың детонацияға төзімділігі жоғары; дизель отынының алкандары оңай тұтанады; реактив отындары оңай тұтанумен қатар кристаллизациялану температурасы төмен болуы керек. 4. қатты алкандар 300 0С тан жоғары температурада қайнайтын фракцияда кездеседі. Оларға құрамында көміртек саны С16-дан жоғары көмірсутектер жатады. Гексадеканның C16H34 балқу температурасы – 180С, ал гептанның қайнау температурасы – 303 0С, балқу температурасы -21 0С. Жалпы формулалары CnH2n+2 мен сипатталатын көмірсутектердің молекулалық массалары артқан сайын балқу және қайнау температуралары біркелкі артады. Қатты парафиндер барлық мұнайда көбінесе көп мөлшерде дерлік болады. Парафинді мұнайда олардың мөлшері 10-20%-ға дейін артады. Парафинді мұнайлардың жоғары фракцияларында қатты алкандардың мөлшерлері 45-55% дейін жетеді. Жоғары фракциялардан қатты алкандарды еріткіштер қатысында кристалдау (депарафиндеу) арқылы алады. Гачты депарафиндеудің шикі өнімін тазалағаннан соң балқу температурасы 40-60 0С, тығыздығы 0,86-0,94 ақ түсті, қатты, жартылай мөлдір парафин алады. Осындай парафиннің орташа молекулалық массасы 500 а.б. жуық, ол өз кезіндегі тізбектегі көміртек атомы 30-40 болатын көмірсутектерге сәйкес келеді. Құрамындағы парафиннің мөлшеріне байланысты жіктелуі бойынша мұнай парафинді (қатты парафиннің мөлшері 6%-дан жоғары), аз парафинді (1,5-6,0%) және парафинсіз (1,5% дейін). Парафиндер мұнайда еріген күйде немесе тілік және тілікті бау тәрізді өлшенген кристалдық түрде болады. Қатты метан көмірсутектерінің қайнау температурасына сәйкес мұнайды айдағанда оның негізгі массасы мазутта қалады, бірақ аз бөлігі керосин дистиллятында болады да оны қатты суытқанда анықталуы мүмкін. Мазутты айдағанда С17-С35 парафиндері май дистилляттарына түседі. Өте жоғары қайнайтын парафиндер С36-С53 гудронда қалып қояды. Одан да жоғары молекулалық және жоғары балқитын парафинді көмірсутектердің қоспасын церезиндер деп атайды. Мұнай церезиндері ұсақ ине тәрізді құрылымды және молекулалық массасы жоғары болады. Парафиндердің молекулалық массалары 500-ден төмен, ал церезиндердікі 500-ден 700-800-ге дейін, сондықтан да церезиндер гудронда болады. Парафиндер мен церезиндердің химиялық қасиеттері бойынша айырмашылығы бар. Мысалы, церезиндер тотықтырғыштардың әсеріне тез беріледі, парафиндер суық кезде олармен реакцияға (азот қышқылы, хлорсульфон қышқылы) түспейді. Парафиндер мен церезиндердің құрамы CnH2n+2 сәйкес болуына қарамастан олар екі гомологтық қатар түзеді. Парафин молекулаларына қалыпты құрылысты көмірсутекті радикалдар, ал церезин молекулаларына негізінен изоқұрылысты радикалмен бірге кіреді. Церезиндер табиғи жаңғыш минерал – озокериттің құрамында болады, бірақ оны қалдық мұнай өнімдерінен де бөліп алуға болады. Озокерит – жоғары қайнайтын көмірсутектер мен шайырлардың аздаған мөлшерімен қатты көмірсутектер қоспасымен сіңірілген, кеуек тау жыныстарынан түзілген минерал. Озокериттің органикалық бөлімі жыныстан балқытылып алынады, одан жеңіл фракцияларды айдау және қалдықты тазалау арқылы тұтынуға жіберілетін церезиннің әртүрлі сұрыптарын алады. Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: Алкандардың физикалық қасиеттері, химиялық қасиеттері, мұнайдың газ тәріздес, сұйық және қатты алкандары Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар: Алкандарға қандай физикалық қасиеттер тән? Алкандар қандай химиялық қасиеттерді көрсетеді? Мұнайдың газ тәріздес, сұйық және қатты алкандарының қасиеттері? Ұсынылған әдебиеттер: Г.К. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. – Алматы.: Бастау, 2007. 43-54 б. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002. С. 72-74. жүктеу/скачать 3,94 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||