Nafta, naftos sudėtis, perdirbimas

Įvadas 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 ang­liavandenilių mišinys. Be to, joje esti ištirpusių dujų (pirmųjų ke­turių sočiųjų angliavandenilių, ypač daug metano), junginių, tu­rinčių deguonies (nafteno rūgščių, fenolių), sieros (merkaptanų, tiofeno darinių), azoto (heterociklinių junginių), taip pat vandens ir mineralinių druskų. Nafta – pagrindinė žaliava vidaus degimo variklių degalams (skystam kurui) ir tepalams gauti. Šiam tikslui ji pirmiausia gryni­nama: atskiriamos dujos, vanduo, mechaninės priemaišos. Vėliau nafta frakcionuojama. Iš jos gaunamas petrolio eteris, įvairių rūšių benzinas, ligroinas, reaktyvinis kuras, žibalas, dizclinis kuras, ma­zutas. 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 (C20 – C28) sočiųjų anglia­vandenilių mišinio. Svarbiausias naftos perdirbimo produktas yra benzinas. Tačiau benzino, išgauto iš naftos tiesioginės distiliacijos būdu, jau seniai nebepakanka, todėl jo išeigai padidinti chemiškai perdirbamos aukš­tesniosios naftos frakcijos, t. y. taikomas terminis bei katalizinis krekingas. Krekingo procese didelės molekulinės masės angliavan­deniliai (žibalas, mazutas), veikiami temperatūros ir katalizatorių, skyla, virsdami mišiniu angliavandenilių, iš kurių susideda benzinas. Šalutiniai krekingo produktai – etilenas bei kiti svarbūs che­mijos pramonės produktai. Nešakotu grandinių alkanai, pavyzdžiui, n. heptanas, vidaus de­gimo 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 linki­mas detonuoti vertinamas oktaniniu skaičiumi, t. y. procentiniu izo­oktano kiekiu izooktano ir normaliojo heptano mišinyje, kuris deto­nuoja taip pat, kaip ir tiriamasis benzinas. Nedidelio oktaninio skaičiaus benzino kokybė pagerinama, pridėjus į jį šakotos gran­dinės angliavandenilių arba kitų medžiagų, vadinamųjų antidetonatorių, pavyzdžiui, tetraetilšvino (C2H5)4Pb. Sintetinis benzinas ir kitų rūšių skystas kuras gali būti gauna­mas tiesiog iš anglies. Sumalta anglis maišoma su sunkiąja mi­neraline alyva (pridėjus katalizatorių) ir aukštoje temperatūroje (450°C) bei dideliame slėgyje (200 at) hidrinama. Iš reakcijos produktu distiliuojant atskiriamas benzinas, kurio oktaninis skai­čius 75 – 85. Fišerio – Tropšo metodu sintetinis benzinas gaminamas iš van­dens dujų (CO + 2H2), į kurias primaišyta daugiau vandenilio. Jos 250 °C temperatūroje, esant normaliam slėgiui, leidžiamos pro ko­balto arba geležies katalizatorius; susidaro skystų angliavandenilių mišinys – kogazinas. Šio metodo privalumas tas, kad, keičiant reak­cijos sąlygas, galima gauti įvairius produktus: benziną, dizelinį ku­rą, kieta parafiną. 1. Bendrosios žinios. Nafta yra pagrindinė žaliava degalams ir tepalams gauti. Tam 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, tačiau 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 savybes.) 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 deparafinizuojant, 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 Ciklopentanas 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 pageidaujami 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 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 benzinas 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 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. Mazutas 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 iš­vengta 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 (

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!