Области применения углеводородов
.Департамент образования города Москвы
ГБОУ СПО КСУ №32
Самостоятельная работа
По теме: Области применения углеводородов
Москва 2014
Для людей, которые занимаются переработкой углеводородного сырья очень важно знать потребителей готовой продукции, перспективы расширения сферы применения чветлых нефтепродуктов и требования, которые предьявляет потребитель к свойствам товара (углеводородов).
Цель данной публикации - познакомить с основными направлениями применения углеводородов.
Углеводороды содержатся в земной коре в составе нефти, газоконденсата, каменного и бурого углей, природного и попутного газов, сланцев, сапропелей, асфальтов и торфа. До настоящего времени они расходуются главным образом в качестве топлива (двигатели внутреннего сгорания, тепловые электростанции, котельные) и лишь незначительная часть используется как сырье в химической промышленности. Так, до 85% всей добываемой нефти идет на получение горюче-смазочных материалов и лишь около 15% применяется как химическое сырье. Применение углеводородов С4 высокой степени очистки для производства компонентов авиационного бензина быстро возросло во время второй мировой войны, а рост промышленности синтетического каучука вызвал спрос на исходные продукты высокой чистоты.
Насыщенные углеводороды применяют главным образом в составе моторных и реактивных топлив, как сырье для химической и нефтехимической промышленности. Жидкие насыщенные углеводороды и хлорпроизводные метана и этан используют в качестве растворителей, твердые (парафин, церезин) применяют в производстве пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств, а также в пищевой промышленности, электро - и радиотехнике.
Область применения углеводородов в качестве холодильных агентов - низкотемпературные установки (при отсутствии требуемых фреонов) и установки в тех отраслях промышленности (химической, нефтяной, переработки естественных газов), где соответствующие углеводороды являются сырьем, фабрикатом или отходами.
Углеводороды применяются в качестве замедлителей и теплоносителей для атомных реакторов, рабочих сред в химических реакторах. Интересна область применения углеводородов в качестве основ приборных масел, работающих в тонком слое. Битумные лаки тоже созданы на углеводородной основе. Особенностью битумных лаков является их невысокая стабильность. В процессе хранения происходит их желатинизация, особенно при высоком содержании асфальтенов. Применение ароматических углеводородов в качестве растворителей обычно способствует увеличению стабильности лаков. Все легкие метановые углеводороды, начиная с метана СН4 до С8Н18 в сжиженном состоянии вызывают коагуляцию асфальтенов и это используется для очистки нефти. Но с повышением молекулярного веса этих углеводородов приходится затрачивать большое количество их для достижения той же полноты осаждения асфальтенов. В случае применения более высокомолекулярного растворителя асфальт получается более твердым, хрупким и более высокоплавким.
Газообразные алканы (метан и пропан-бутановая смесь) используются в качестве ценного газового топлива. Жидкие углеводороды составляют значительную долю в моторных и ракетных топливах.
Вазелиновое масло (смесь жидких углеводородов с числом атомов углерода до 15) - прозрачная жидкость без запаха и вкуса, используется в медицине, парфюмерии и косметике. Вазелин (смесь жидких и твердых предельных углеводородов с числом углеродных атомов до 25) применяется для приготовления мазей, используемых в медицине. Парафин (смесь твердых алканов С19-С35) - белая твердая масса без запаха и вкуса (tпл= 50-700C) - применяется для изготовления свечей, пропитки спичек и упаковочной бумаги, для тепловых процедур в медицине. Парафин способен быть тепловым аккумулятором, так как при застывании выделяет тепло, но это его свойство почти не используется. В металлургии при точном литье составы на основе парафина применяются в качестве материала при создании литьевых форм. Вряд ли найдется замена парафину для этого назначения. Нормальные предельные углеводороды средней молекулярной массы используются как питательный субстрат в микробиологическом синтезе белка из нефти.
Большое значение имеют галогенопроизводные алканов, которые используются как растворители, хладоагенты и сырье для дальнейших синтезов. В современной нефтехимической промышленности предельные углеводороды являются базой для получения разнообразных органических соединений, важным сырьем в процессах получения полупродуктов для производства пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств и многих других веществ. Новые сорта твердых углеводородов (церезины 75, 67 и 64, обезмасленный петролатум) применяют для тары и упаковки изделий машиностроения, а также использования их для герметизации швов бумажных мешков под гигроскопические химические продукты. Показано, что испытанные образцы отличаются простотой получения и низкой стоимостью, обладают ценными свойствами самосклеивания, надежно защищают изделия от влаги в условиях повышенных температур и влажности и могут быть рекомендованы в качестве основных компонентов восковых смесей для тары и упаковки изделий.
Некоторые углеводороды способны генерировать кванты свет при облучении и их используют в качестве рабочего тела датчиков элементарных частиц. Низкую плотность углеводородов применяют в батискафах, где керосин обеспечивает плавучесть батискафа.
Ряд углеводородов обладает оптической изомерией и могут являться материалами для оптики. Парафин применялся для получения сверхтонких мембран в биохимических экспериментах. В электронной микроскопии перед микротоммированием образцы заливают парафином, обеспечивая возможность нарезания микротомом тончайших срезов образца. В военном деле не обойтись без углеводородов, так в частности всем известный напалм представляет собой раствор каучука, алюминиевых солей карбоновых кислот и фосфора в бензине. Высокая теплота сгорания напалма сделала его крайне эффективным, запрещенным оружием.
Применение гексана: в качестве растворителя в клеях для обуви из натуральной и искусственной кожи, в клеях для мебели и обоев. Гексан также используется как моющее средство в текстильной, мебельной и кожевенной промышленности. Гексан отлично проявляет себя как растворитель в экстракционных процессах, в частности при получении облепихового масла, соевого, подсолнечного, льняного и арахисового масла. Он используется как растворитель; жидкость в низкокипящих термометрах, для получения изомеров гексана с более высоким октановым числом а также для восстановления автомобильных шин. Гексан можно использовать в композициях для удаления нефтяных отложений [1]. Посредством н-гексана можно извлекать ценное мало из кофейного шлама [2]. Установлено, что гексановый экстракт, выход которого составляет 10,5% от веса абсолютно сухой березовой коры, состоит на 90% из крайне ценного биологически активного вещества - бетулина [3]. Гексан применяется в качестве инертного растворителя в фармакологии, он легко отгоняется и нетоксичен [4]. Установлено, что при измельчении из семян сосны извлекается до 24% липидов (в расчете на а. с. массу семян), тогда как из неизмельченных семян извлекается всего до 8.15% липидов. Полученный концентрат липидов по своим показателям соответствует пищевому растительному маслу [5].
Пропан и бутан применяются в виде "сжиженного газа", особенно в тех местностях, где нет подвода природного газа. Метан как доступный углеводород в большей степени используется в качестве химического сырья. Реакция горения и разложения метана используется в производстве сажи, идущей на получение типографской краски и резиновых изделий из каучука. Метан - основной источник получения водорода в промышленности для синтеза аммиака и ряда органических соединений.
Высшие алканы входят в состав смазочных масел, вазелина и парафина. Смесь изомерных пентанов и гексанов называется петролейным эфиром и применяется в качестве растворителя.
Циклогексан также широко применяется в качестве растворителя и для синтеза полимеров (капрон, найлон).
Сквалан - высококачественное смазочное масло, компонент фармацевтических и косметических препаратов, адсорбент в газожидкостной хроматографии. Алканы служат сырьем для получения многих органических соединений, в том числе спиртов, альдегидов, кислот. Хлорпроизводные алканов используют как растворители, например, трихлорметан (хлороформ) CHCl3, тетрахлорметан CCl4. Смесь высших алканов - парафин нетоксичен и широко применяется в пищевой промышленности для пропитки тары и упаковочных материалов (например, пакетов для молока), при производстве жевательных резинок. Парафином пропитывают карандаши, верхнюю (вблизи головки) часть спичек для их лучшего горения. Разогретый парафин используют в лечебных целях (парафинолечение). Окисление парафина в контролируемых условиях в присутствии катализаторов (органические соли переходных металлов) приводит к получению кислородсодержащих продуктов, главным образом, органических кислот. Углеводороды применяют для экстракции органических соединений, что широко практикуется в основном органическом синтезе, нефте-, коксо-и лесохимии и др. отраслях промышленности. Примеры: разделение смесей углеводородов нефтяных фракций на группы компонентов близкого хим. состава (ароматические углеводороды и легкие парафины); извлечение ароматических углеводородов (бензол, толуол, ксилолы) из продуктов каталитич. риформинга; очистка смазочных масел; выделение фенолов из фракций кам. - уг. смолы; извлечение бутадиена из смеси углеводородов в производстве синтетического каучука; извлечение из водных растворов органических кислот с последующим их концентрированием (уксусная, акриловая, лимонная кислоты). В химико-фармацевтической и микробиологической отраслях промышленности экстракцию используют в производстве лекарственных препаратов - алкалоидов, антибиотиков, витаминов, гормонов; в пищевой промышленности - для очистки масел и жиров и др. Применение экстракции жидкостной углеводородными экстрагентами в гидрометаллургии позволяет создавать эффективные технологические схемы, обеспечивающие комплексную переработку минер, сырья и вторичных ресурсов. Экстракцию используют в технологии U и облученного ядерного горючего (извлечение и разделение U и Рu, выделение радионуклидов), редких и рассеянных (Bе, Zr, Hf, Nb, Та, РЗЭ, Mo, W, Rе и др.), цветных (А1, Сu, Ni, Co, Zn и др.) и благородных (Ag, Au, Рt и др.) металлов, а также высокочистых соединений железа. Преимущество углеводородных экстрагентов - доступность и низкая стоимость. Важная область применения экстракции - очистка Н3РО4. Процесс можно проводить извлекая нежелательные примеси в экстрагент. Д
ля очистки стоков экстракцию используют применяют в обработке технологических растворов и сточных вод и выделения из них ценных (напр., фенолы, метиленхлорид, некоторые хладоны) и токсичных веществ. Экстракция в аналитической химии и радиохимии применяют с целью селективного извлечения целевых химических элементов из смесей для количеств, анализа, а также для определения содержания примесей в исследуемых соединений, что важно при получении особо чистых веществ. Как метод аналитической химии экстракция жидкостная отличают высокая избирательность, простота проведения, универсальность (возможность выделения практически любого элемента). В радиохимии экстракция жидкостная используют гл. обр. для очистки радиоактивных веществ от примесей, извлечения из облученных мишеней радионуклидов и их разделения, выделения стабильных изотопов.
Бензол С6Н6 используется как исходный продукт для получения различных ароматических соединений - нитробензола, хлорбензола, анилина, фенола, стирола и т.д., применяемых в производстве лекарств, пластмасс, красителей, ядохимикатов и многих других органических веществ.
Толуол С6Н5-СН3 применяется в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил, тол).
Ксилолы С6Н4 (СН3) 2 в виде смеси трех изомеров (орто-, мета - и пара-ксилолов) - технический ксилол - применяется как растворитель и исходный продукт для синтеза многих органических соединений.
Изопропилбензол (кумол) С6Н4-СН (СН3) 2 - исходное вещество для получения фенола и ацетона.
Винилбензол (стирол) C6H5-CН=СН2 используется для получения ценного полимерного материала полистирола. Кубовый остаток от производства стирола, содержащий его в достаточной концентрации путем гидрирования превращают обратно в ароматическую фракцию для повышения октанового числа на АНХК.
углеводород применение холодильный агент
Выводы
Сфера применения углеводородов постоянно расширяется. Открываются новые интересные потребительские качества углеводородов, внедряются технологии их глубокой переработки. Рынок перспективный, развивающийся, формирующийся. Углеводороды - основа современного общества.
Литература
1. Иванова И.К., Шиц Е.Ю. Углеводородные растворители на основе гексана для удаления органических отложений нефти иреляхского месторождения. Нефтегазовое дело, 2008
. Патент РФ RU2051171 Линия для получения масла из кофейного шлама и отходов производства кофе. Соболев Андрей Иванович; Кузнецов Дмитрий Иванович; Иванов Виктор Евгеньевич
. В.А. Левданский, Н.И. Полежаева, А.В. Левданский, Б.Н. Кузнецов Изучение экстракции коры березы гексаном, этилацетатом, изопропиловым спиртом и водой. - химия растительного сырья. 2004. №2. С.17-20.
. Курков Сергей Владимирович. Сублимационные свойства молекулярных кристаллов и сольватационные характеристики некоторых представителей группы нестероидных противовоспалительных средств. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук 02.00.04 - Физическая химия Иваново - 2006
. О.И. Лебедева, Л.П. Рубчевская, В.М. Ушанова, С.М. Репях. Об экстракции липидных компонентов из семян сосны сибирской. Химия растительного сырья. 1998. №2. С.25-29
. Петров А.А. Химия алканов. М., Наука, 1974
. Азербаев И.Н. и др. Синтезы на основе нефтяных углеводородов. Алма-Ата, Наука, 1974
. Рудаков Е.С. Реакции алканов с окислителями, металлокомплексами и радикалами в растворах. Киев, Наукова думка, 1985