Вуглеводні нафти

Природний газ, звільнений від газового бензину зрідженням під тиском або пог-

линанням маслом в скрубберах, складається з метану (головна складова частина), ета-

ну, пропану, бутану і ізобутану; крім того він містить змінні кількості двуокису вугле-

цю і азоту, а іноді і гелій. Внаслідок того, що температури кипіння нижчих парафінів,

а також азоту і гелію сильно відрізняються один від іншого, компоненти природного газу вдається ефективно розділяти шляхом зрідження і наступної фракційної перего-нки під тиском при низькій температурі. У такий засіб були виділені у чистому вигляді:

| Т. кип., С

Метан— | 162

Етан— | 89

Пропан— | 42

Гелій— | 269

Стиснутий пропан застосовується як паливо, для зварки і як моторне паливо. Ме-тан і етан перетворюють крекінгом в ацетилен і етилен. Окрім аліфатичних вуг- леводнів, нафта містить різні кількості циклопарафінів, відомих в нафтохімі під зага- льною назвою нафтени.Більшість нафт містить також ароматичні вуглеводні. Співро- бітники Бюро стандартів виділили з бензивої фракції 19 ароматичних вуглеводнів.

Відносний вміст вуглеводнів трьох перерахованих типів в різних сирих бензинах не є постійним, навіть якщо ці бензини одержані з одного й того ж родовища; кількість нафтенів і ароматичних вуглеводнів коливається від декількох відсотків до 40%. При-

близна оцінка вуглеводневого складу здійснюється за аніліновою точкою, тобто за те -мпературою, при якій досліджуваний бензин ще змішується з рівним об’ємом аніліну. Оскільки анілін C6H5NH2 є похідним бензолу, ароматичні вуглеводні розчиняють його навіть при — 30 С.Нафтени характеризуються вищими аніліновими точками (35-55С), а парафіни, які найсильніше відрізняються від аніліну, розчиняють його лише при 70 -76С.

Для характеристики складу бензину використовують також визначення густини: найвища густина властива ароматичним вуглеводням ( бензол - 0,89 ), а найменшу гу- стину мають нормальні парафіни ( н-гексан - 0,66 ); циклічні вуглеводні посідають про- міжне положення ( густина циклогексану 0,78 ). Ще один з методів аналізу грунтується на тому, що ароматичні вуглеводні можна доволі легко відділити від парафінів і нафте- нів адсорбцією. Згідно іншого методу, склад ароматичних вуглеводнів визначають за

їх здатністю поглинання сірчаною кислотою:

P2O5

С6Н6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O а кількість парафінів і нафтенів визначають в залишку за величиною густини і коефі- цієнта заломлення.

Окиснення вуглеводнів

Взаємодія вуглеводнів з киснем супроводжується виділенням енергії. Цей процес є основою використання бензину в якості палива для двигунів внутрішнього згряння. Кількість тепла, що виділяється при згорянні 1 моль речовини ( табл. 1 ) зростає із збільшенням розмірів молекули, і в наведеному ряді сполук середнє збільшення складає 156 ккал на кожну групу СН2. Кількість тепла, віднесена до 1 г речовини, дозволяє порівняти ефективність рівних мас палива. Метан має найбільшу теплоту згоряння у розрахунку на 1 г речовини, а далі відповідні величини зменшуються спочатку доволі різко, а потім, починаючи з вуглеводню С8, стають майже постійними. Це відношення узгоджується з вмістом водню, який також є найбільшим у метану, і потім знижується по суті до постійної величини. Поясненням цього явища є те, що теплота згоряння водню складає 33,9 ккал/г, тоді як для вуглецю ця величина дорівнює тільки 8,08 ккал/г.

Таблиця 1

Теплоти згоряння алканів

Назва | Формула | Теплота згоряння | Вміст водню

ккал/моль | ккал/г | ккал/мл | %

Метан | СН4 | 212,8 | 13,3 | 5,6 | 25,1

Етан | С2Н6 | 372,8 | 12,4 | 6,7 | 20,1

Пропан | С3Н8 | 530,6 | 12,2 | 6,9 | 18,3

Ізобутан | С4Н10 | 688,0 | 11,9 | 6,8 | 17,3

н-Пентан | С5Н12 | 845,2 | 11,6 | 7,3 | 16,8

н-Гексан | С6Н14 | 995,0 | 11,6 | 7,6 | 16,4

н-Гептан | С7Н16 | 1151,3 | 11,5 | 7,8 | 16,1

н-Октан | С8Н18 | 1307,5 | 11,5 | 8,0 | 15,9

н-Декан | С10Н22 | 1620,1 | 11,4 | 8,3 | 15,6

н-Гексадекан | С16Н34 | 2559 | 11,3 | 8,8 | 15,1

н-Ейзокан | С20Н42 | 3183 | 11,3 | 8,8 | 15,0

Таким чином, вуглеводні з більш високим вмістом водню мають певну перевагу. Якби мала значення тільки маса даного палива, рідкий метан або етан були б більш ефективними видами палива, ніж вищі вуглеводні. Однак ємність резервуара для палива є звичайно важливішим обмежуючим фактором, ніж маса, а речовинам з низькою молекулярною вагою властива мала густина, і вони займають більший об’єм. З величин теплот згоряння, розрахованих на 1 мл палива ( п’ятий стовпчик ), видно, що підвищена густина вищих членів гомологічного ряду цілком компенсує дещо понижену теплоутворюючу здатність, розраховану на одиницю маси. При згорянні 1 мл вищих вуглеводнів, що містять від 16 до 20 атомів вуглецю, виділяється на 57% більше тепла, ніж при згорянні 1 мл метану. Цистерна для палива, без сумнівів, буде містити більший запас палива, якщо в неї вмістити вищі вуглеводні, а не нижчі члени ряду. Слід, проте, підбирати оптимальні співвідношення між кількістю палива і його здатністю до займання.

Циклоалкани киплять на 10 -20 С вище нормальних алканів з тим же вмістом вуглецю і трохи більшою молекулярною вагою. Найсуттєвішою