Углеводородный состав прямогонных бензинов (стр. 1 из 6)
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра « Химия »
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Химия нефти»
На тему: «Углеводородный состав прямогонных бензинов»
Тольятти 2010
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Получение нефтяных углеводородов
2. Состав сырой нефти
3. Разделение сырой нефти
4. Получение базовых бензинов
5. Фракционный состав нефти
6. Методы исследования состава бензиновых фракций
7. Индивидуальный углеводородный состав
Заключение
Литература
Введение
Бензин (от франц. benzine) - смесь легких углеводородов с температурой кипения 30 – 205оС. Прозрачная жидкость плотностью 0,70-0,78 г/см3. Производится путем смешивания компонентов первичной (прямой) перегонки нефти, продуктов крекинга отдельных ее фракций и присадок.
Бензин является топливом для автомобильных двигателей с искровым зажиганием. Детонационная стойкость - важнейший показатель качества бензина. Несоответствие марки бензина параметрам двигателя может вызывать детонационное сгорание топлива, сопровождаемое характерным металлическим стуком, повышением дымности отработавших газов и температуры в цилиндрах двигателя. Октановое число (ОЧ) бензина - основной показатель, характеризующий детонационную стойкость бензина. Определяют подбором смеси эталонных углеводородов - гептана (ОЧ = 0) и изооктана (ОЧ = 100), детонационная стойкость, которой равна детонационной стойкости испытываемого бензина при равных условиях испытания. Процентное содержание изооктана в полученной смеси принимают за октановое число бензина.
Для отдельных групп углеводородов, входящих в состав бензинов, можно сделать следующие краткие выводы об их стойкости.
Алканы нормального строения: начиная с пентана углеводороды этого ряда характеризуются очень низким октановым числом, причём чем выше их молекулярная масса, тем октановые числа ниже. Существует почти линейная зависимость от их молекулярной массы. Алканы разветвлённого строения: разветвление молекул предельного ряда резко повышает их детонационную стойкость, так у октана октановое число 20, а у 2,2,4 - триметилпентана 100. Наибольшие октановые числа отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углеводородного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана. Благодаря высоким антидетонационным свойствам изоалканов – они весьма желательные компоненты бензина.
Алкены: появление двойной связи в молекуле углеводородов нормального строения вызывает значительное повышение детонационной стойкости, по сравнению с соответствующими предельными углеводородами.
Циклоалканы: первые представители рядов циклопентана и циклогексана обладают хорошей детонационной стойкостью, особенно это относится к циклопентану. Их приёмистость к ТЭС также очень высока. Эти углеводороды являются ценными составными частями бензина. Наличие боковых цепей нормального строения как у циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов приводит к снижению их октанового числа. При этом, чем длиннее цепь, тем ниже октановые числа. Разветвление боковых цепей и увеличение их количества повышают детонационную стойкость циклоалканов. Арены: почти все простейшие арены ряда бензола имеют октановые числа около 100 и выше. Арены и ароматизированные бензины наряду с разветвленными алканами - лучшие компоненты высокооктановых бензинов. Однако содержание аренов в бензинах следует ограничить примерно до 40 - 50%. Чрезмерно ароматизированное топливо повышает общую температуру сгорания, что влечёт за собой увеличение теплонапряжённости двигателя.
Вышеприведенные данные помогают понять особенности детонационных характеристик типичных компонентов компаундирования. А именно: в бензинах прямой перегонки нефти содержится много парафиновых углеводородов слабо разветвлённого строения с низкой детонационной стойкостью; октановые числа таких бензинов невелики. Лишь из отдельных «отборных» нефтей можно получить бензины прямой перегонки с октановым числом А-70. Бензины прямой перегонки и их головные фракции используют в небольшом объёме для приготовления автомобильного бензина А-76.
1. Получение нефтяных углеводородов
Необходимое для химической промышленности сырье получают из нефти двумя путями. Один путь состоит в том, что вещество, уже присутствующее в сырой нефти, выделяют из нее или концентрируют чисто физическими методами, например перегонкой, экстрагированием растворителями или кристаллизацией. Второй путь заключается в проведении определенных химико-технологических операций, применение которых в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах непрерывно раширяется. Эти операции дают возможность получать в качестве основных продуктов насыщенные и ароматические углеводороды, которые в сырой нефти присутствуют только в малых количествах, и в качестве побочных продуктов — ненасыщенные углеводороды, вообще отсутствующие в исходной нефти.
2. Состав сырой нефти
Нефть состоит в основном из углеводородов метанового, нафтенового и ароматического рядов. Нафтеновые углеводороды являются гомологами циклопентана и циклогексана или углеводородами с конденсированными пяти- и шестичленными циклами. Присутствие в нефти циклопропана, циклобутана, циклогептана и высших нафтеновых углеводородов не установлено. Олефины, диолефины и ацетиленовые углеводороды совершенно отсутствуют. Ароматические углеводороды представлены главным образом производными бензола; в нескольких случаях из нефти были выделены также нафталин, тетралин и их замещенные.
В зависимости от того, какие углеводороды преобладают в сырых нефтях, последние можно разделить на нефти метанового, нафтенового или ароматического оснований. Нужно с самого же начала уяснить себе, что в высококипящих фракциях нефти углеводороды всех этих трех рядов присутствуют одновременно, причем иногда молекулы нефтяного углеводорода нефти имеют смешанный характер. Как правило, ароматические и нафтеновые углеводороды почти всегда имеют боковые цепи в виде алкиль- ных радикалов; кроме того, молекула углеводорода может состоять из ароматических и нафтеновых циклов, многоядерных или конденсированных.
Указанная классификация не включает асфальтовые нефти, т. е. нефти, богатые асфальтами или битумами, которые по своему строению обычно родственны ароматическим углеводородам. Практически нефти представляют всегда смеси углеводородов, относящихся не менее чем к двум из этих четырех основных типов. В табл. 3 приведена классификация нефтей, предложенная Саханеном.
Состав нефтей, добываемых в различных странах, колеблется в широких пределах. В некоторых случаях даже из двух соседних скважин получают нефти различного состава. Грубо говоря, можно считать, что нефть в США преимущественно метановая, в России и Румынии — нафтеново-ароматическая, в Иране — метаново-нафтеновая, на о. Борнео — ароматическая, нефть месторождения в Икринге (Англия) — метанового основания с высоким содержанием твердого парафина и т. д. Конечно, представленная здесь картина весьма упрощена, как показывает табл. 3. Более подробные сведения о составе сырых нефтей читатель найдет в литературе.
Нефть состоит в основном из углеводородов, однако в нефтях некоторых месторождений присутствует также небольшое количество органических соединений, содержащих серу, азот или кислород . Нефти всегда сопутствует природный газ, т.е. низшие газообразные парафины.
Первичное разделение нефти осуществляют перегонкой; жидкие продукты разгонки кипят в широком интервале температур и всегда состоят из смеси индивидуальных соединений. При перегонке получают следующие основные фракции:
ФракцияТ. кип., °С
Бензин 20—200
Керосин 175—275
Газойль 200—400
Смазочные масла Выше 300
(могут перегоняться только в вакууме)
Мазут —
Пек или кокс—
Состав фракций нефти, кипящих до 100°, известен довольно точно. Вследствие большого числа изомеров полный анализ фракций, кипящих выше 100°*, невозможен, хотя отдельные простейшие ароматические углеводороды еще могут быть идентифицированы. Чтобы определить относительные количества парафинов, нафтенов и ароматических углеводородов в высших фракциях нефти, обычно пользуются методом Уотермена [4]. По этому методу сначала находят содержание ароматических углеводородов гидрированием или определением анилиновой точки; после гидрирования находят по удельному весу и показателю преломления соотношение между нафтенами и парафинами. Метод Уотермена не дает возможность определять абсолютное количество углеводородов; тем не менее он является наилучшим из всех разработанных методов.
Определенный этим методом средний состав бензинов прямой гонки (конечная т. кип. 150—200°), т. е. бензинов, выделенных из нефти простой ее разгонкой, а не полученных с помощью термической или какой-либо химической обработки нефти, приведен ниже:
Углеводородыоб. %
Ароматические 6—22
Нафтеновые20—50
Парафиновые40—75
В большинстве случаев состав бензина прямой гонки соответствует составу исходной сырой нефти; таким образом, сырье с большим содержанием парафинов дает бензин, в котором преобладают эти же углеводороды. Содержание ароматических и нафтеновых углеводородов в отдельных фракциях бензина обычно увеличивается с повышением температуры кипения фракции. Об этом свидетельствуют данные табл. 4, помазывающие распределение углеводородов в различных фракциях пенсильванских бензинов прямой гонки.
Бензин состоит из углеводородов, содержащих в молекуле от 4 до 12 атомов углерода. Углеводороды керосина содержат от 9 до 16 атомов углерода. Присутствующие в газойле углеводороды, вероятно, имеют 15—25 атомов углерода в молекуле. Анализ по методу Уотермена показал, что газойли, кипящие в пределах 260—382°, состоят из 43—74% парафинов, 19—35% нафтенов и 7—22% ароматических углеводородов. Молекулярный вес смазочных масел находится в пределах 300—1000, что соответствует присутствию в них углеводородов с 20—70 атомами углерода. Фракции смазочных масел содержат твердый парафин и ароматические углеводороды, которые обычно удаляют в процессе очистки.