Тема 10. Технология ОО и НХ синтеза

Примеры тестовых заданий по теме 9

Контрольные вопросы к теме 9

1. На какие классы подразделяются нефти по составу?

2. Из чего состоят углеводородная, неуглеводородная и минеральная части нефти?

3. Какие вещества называются нефтепродуктами? Перечислите ос­новные из них.

4. Приведите общую схему переработки нефти.

5. Для чего проводятся операции стабилизации, обессоливания и обезвоживания добытой нефти?

6. Какие процессы нефтепереработки называются первичными и вто­ричными?

7. Что является целью прямой гонки нефти?

8. Какие превращения претерпевают углеводороды различных клас­сов при крекинге нефтепродуктов?

9. Что характеризует стабильность углеводородов в процессе крекин­га и как она зависит от температуры и сложности молекулы угле­водорода?

10. В чем преимущества каталитического крекинга перед термичес­ким?

11. Что такое гидрокрекинг и где он используется в нефтепереработ­ке?

12. Что такое риформинг нефтепродуктов?

13. Чем отличается облагораживание бензина (повышение октаново­го числа) от ароматизации (синтез индивидуальных углеводородов)?

14. С какой целью и как проводится очистка нефтепродуктов?

№1

Целью первичной переработки нефти является получение:

- товарного автобензина;

- дорожного битума;

- ароматических углеводородов;

- фракций нефтепродуктов;

- гудрона.

№2

Каталитический риформинг проводится с целью получения:

- кровельного битума;

- ароматических углеводородов;

- высокооктанового бензина;

- котельного топлива;

- флотского мазута.

Производство непредельных углеводородов: этилен, пропилен и ацетилен. Выделение углеводородов из газообразных и жидких продуктов нефтепереработки. Производство кислородосодержащих органических соединений. Оксосинтез. Производство метанола. Основные стадии процесса, катализаторы и аппаратурное оформление. Производство этилового спирта.

Продукты и сырье основного органического синтеза

Промышленность основного (тяжелого) органического синтеза занимается производством важнейших органических веществ, кото­рые являются исходными материалами (промежуточными продуктами) для получения более сложных органических соединений или находят самостоятельное применение в народном хозяйстве.

Продуктами основного органического синтеза являются относитель­но простые по строению органические вещества: углеводороды, спирты (метиловый, этиловый), альдегиды и кетоны (формальдегид, уксусный альдегид, ацетон), хлорпроизводные (дихлорэтан, хлористый винил), карбоновые кислоты (муравьиная, уксусная) и их производные (слож­ные эфиры, уксусный ангидрид), диеновые углеводороды и их произ­водные (бутадиен, хлоропрен) и др.

Продукты основного органического синтеза нашли применение в производстве пластмасс и смол, синтетического каучука и химиче­ских волокон, органических красителей и лакокрасочных материа­лов, фармацевтических продуктов и фотоматериалов; их используют для получения средств защиты растений, растворителей и моющих веществ, смазочных материалов и флотореагентов, различных вспо­могательных материалов для ряда отраслей народного хозяйства.

В настоящее время многочисленные продукты основного органи­ческого синтеза производят из углеводородных газов. Важнейшим сырьем в современной промышленности основного органического син­теза являются парафиновые углеводороды (метан и его гомологи), олефины (этилен, пропилен, н -бутилен, изо -бутилен), диолефины (дивинил, изопрен), ацетиленовые углеводороды (ацетилен), арома­тические соединения (бензол, толуол, нафталин). Неисчерпаемым источником углеводородов служат нефть, природные газы и продукты их переработки.

В производстве продуктов основного органического синтеза хими­ческие превращения во многих случаях проводятся в одну стадию.

Множество реакций, используемых при синтезах, может быть све­дено к нескольким, наиболее часто встречающимся типам реакций.

Это окисление и восстановление, дегидрирование (отщепление водо­рода) и гидрирование (присоединение водорода), гидратация (присое­динение воды), сульфирование (введение сульфогруппы — SO₃H), нитрование (введение нитрогруппы—NO₂), полимеризация (соеди­нение одинаковых молекул в одну), изомеризация (изменение строения молекул без изменения их состава) и др. Ниже приводятся примеры производственных процессов, основанные на определенной типовой реакции.

Дегидрирование углеводородов

При дегидрировании происходит разрыв связи между
атомами углерода и водорода в молекуле углеводорода и отщепление
водорода от молекулы органического соединения. Обычно этот процесс
проходит при высокой температуре. Но при такой температуре воз­можно размыкание связи между двумя атомами углерода, т. е. расщепление углеводорода (крекинг). Чтобы провести преимущественно дегид­рирование углеводорода, а не его крекинг, применяют ряд технологических приемов: повышают температуру, снижают давление, под­бирают определенное время пребывания реагентов в реакторе, вводят селективные катализаторы. Катализаторы не могут полностью подавить реакции расщепления углеводородов, но зато они во много раз повышают скорость реакции дегидрирования. Это позволяет провести процесс дегидрирования за столь короткое время, что реакция расщепления не успевает пройти.

Процессы гидрирования

Многие производства основного органического синтеза основаны на процессе гидрирования. Гидрирование — присоединение водорода к углеродсодержащим веществам с выделением или без выде­ления воды. Реакции гидрирования экзотермические, идут только в присутствии катализаторов и часто при значительном давлении водорода.

Из процессов гидрирования особенно большое значение имеет взаи­модействие окиси углерода с водородом. Окись углерода с водородом может давать различные соединения: метиловый спирт, муравьиный альдегид, углеводороды и др. в зависимости от условий проведения процесса. При гидрировании окиси углерода широко применяют ката­лизаторы, обладающие избирательными свойствами, т.е. ускоряю­щие одну из возможных реакций между окисью углерода и водоро­дом. В качестве катализаторов используют металлы: железо, никель, кобальт, медь и окислы магния, алюминия, тория и др. Подбирая определенные катализаторы, температуру, давление, объемное соот­ношение между окисью углерода и водородом, можно направить реак­цию по желательному пути и получить тот или иной продукт.

Гидратация углеводородов

При гидратации непредельных углеводородов (взаимодей­ствии воды с олефинами в присутствии катализаторов) образуются одноатомные спирты.

Получение этилового спирта. Этиловый спирт С₂Н₅ОН кипит при температуре 78,3° С, плотность 0,789 г/см³ (при 20° С). Этиловый спирт — важнейший из органических продуктов, вырабатывается в больших количествах.

Производство синтетического этилового спирта проводят гидратацией этилена.

Присоединение воды к этилену осуществляется двумя методами - прямым и косвенным.

Косвенная гидратация осуществляется в две стадии с участием серной кислоты и образованием промежуточных продуктов.

П р я м а я гидратация этилена — более совершенный процесс, при котором происходит непосредственное присоединение воды к этилену в присутствии катализатора. Гидратация проводится в паровой и жидкой фазах по реакции:

СН₂=СН₂ + Н₂О ↔ СН₃—СН₂—ОН + Q

Процессы окисления

Метод окисления углеводородов и других органических соедине­ний получил значительное распространение в современном промыш­ленном органическом синтезе. Этим методом получают спирты, фено­лы, альдегиды, кетоны, органические кислоты и другие соединения. Окисление проводится большей частью воздухом, в некоторых слу­чаях кислородом, озоном, водяным паром в присутствии катализа­торов — металлов, их окислов и солей.

Галогенирование углеводородов

Среди процессов галогенирования широкое распространение получили процессы хлорирования углеводородов. Ценные свойства полученных продуктов и доступность элементарного хлора, необходимого для их получения, способствовали развитию производства хлорорганических соединений.

Другие методы получения продуктов основного органического синтеза

Наряду с описанными выше в органическом синтезе широко при­меняется и ряд других методов: изомеризация, алкилирование, суль­фирование, нитрование углеводородов и др.

Изомеризация — изменение строения молекул углеводо­родов без изменения их молекулярного веса и состава; этот метод применяется для получения углеводородов с разветвленной цепью, которые, например, используются для повышения антидетонационной стойкости моторных топлив. Так, изопентан, получаемый изомеризацией н-пентана, имеет октановое число 105,7, в то время как н-пентан обладает октановым числом 88,7.

Алкилирование — введение алкильной группы в молеку­лу органического соединения. Алкилирование углеводородов жирного ряда заключается во взаимодействии олефинов с изо -парафином. Алки­лирование углеводородов жирного ряда используют для получения высокооктановых добавок к моторным топливам.

Сульфирование — замещение водородных атомов исходных углеводородов сульфогруппой — SO3H проводят с применением олеума, концентрированной серной кислоты, реже серного ангидри­да, бисульфатов, бисульфитов и др. Сульфирование применяют при получении таких важных продуктов, как бензолсульфокислота, фенол и др.

Нитрование — замещение водородных атомов в углеводо­роде на нитрогруппу — NO3, применяют для получения нитробензола.