Мұнайдың нафтенді көмірсутектері
Дәріс жоспары:
1. Нафтендердің физикалық қасиеттері
2. Нафтендердің химиялық қасиеттері
Мұнай көмірсутектерінің негізгі массасын құрайтын жалпы формуласы CnH2n (n>3) циклоалкандар нафтендер деп аталады. Циклоалкандар – көміртек көміртек байланысынан тұратын циклді қанқалы қаныққан көмірсутектер.
Нафтендер барлық мұнайдың құрамында болады, барлық фракцияларға қатысады, жалпы мөлшері бойынша басқа көмірсутектерге қарағанда көбірек болады. Әдетте мұнайдың құрамында 40-70% циклоалкандар болады. Кейбір нафтенді мұнайдың құрамында көмірсутектердің мөлшері кейде 80%-ға жетеді.
Мұнай циклоакандары құрамында циклогександы және циклопентанды сақиналары болатын моно, ди, три және полициклді көмірсутектерден тұрады, соның ішінде алты мүшелі сақиналы көмірсутектер көбірек болады. Маңызды өкілдері – циклопентан, циклогексан және олардың гомологтары.
циклопропан циклобутан циклопентан циклогексан циклогептан
Төменгі циклоалкандар – циклопропан, циклобутан және олардың гомологтары мұнай құрамынан анықталмаған. Термодинамикалық тұрақтылығының төмендігінен олардың мұнайда болуы екіталай. Циклдерінде алтыдан көп көміртек болатын көмірсутектер болуы мүмкін. Нафтендердің әртүрлілігі олардың изомерияға қабілетті болуынан.
C4H8 – ден бастап циклопарафиндерге сақинадағы көміртек атомдарының санына, орынбасарлардағы алкил радикалындағы көміртек атомдарының санымен, сонымен қатар сақинадағы орынбасар жағдайына байланысты құрылымдық изомерия тән. Мысалы, циклопентанның бес құрылымдық изомері болады:
1,2-диметил- циклопентан метилциклобутан 1,1-диметил- этилциклопропан
циклопропан циклопропан
Циклодекан үшін құрамы C10H20 изомерлері:
1-метил-2-изопропилциклогексан 1-метил-2-пропилциклогексан 1-метил-3-пропилциклогексан 1-метил-1-пропилциклогексан 1-метил-3-бутилциклогексан
Циклоалкандар үшін класс аралық изомерия тән –көмірсутектердің әртүрлі кластарының гомологтық қатарын бірдей формулармен суреттеу.
Циклопропан мен циклобутан кәдімгі температурада газ күйінде, циклопентан мен циклооктан – сұйықтық, жоғары өкілдері – қатты заттар.
Циклоалкандардың сәйкес алкандарға қарағанда балқу, қайнау температурасы, тығыздығы жоғары. Құрамы бірдей болған жағдайда циклопарафиннің қайнау температурасы жоғары болған сайын циклдың өлшемі де үлкен болады. Циклоалкандар суда ерімейді, органикалық еріткіштерде жақсы ериді.
Қосылыс tбалқу, 0C Tқайнау, 0C ρ420
циклопропан -126,9 -33 0,6881
метилциклопропан -177,2 0,7 0,69122
циклобутан -80 13 0,7038
метилциклобутан -149,3 36,8 0,6931
циклопентан -94,4 49,3 0,7460
метилциклопентан -142,2 71,9 0,7488
циклогексан 6,5 80,7 0,7781
1 қайнау температурасында, 2 20 0C
2. Химиялық қасиеттері бойынша циклопарафиндер парафиндерге ұқсас. Оларға орын басу реакциялары тән. Нафтендердің бірінші екі өкілі циклопропан мен циклобутан қасиеттері бойынша қанықпаған көмірсутектерге ұқсайды. Олар сақинаны үзе отырып галогендерді, сутекті, галогенсутектерді қосып алуға бейім:
Қарапайым циклоалкандар (C5-C7) өте тұрақты және химиялық реакцияларда үзуге бейім емес:
Мұнай өндірудің каталитикалық процестерінде жүретін алкил туынды нафтендерді циклдеу бициклді көмірсутектер түзілуімен қатар жүреді:
Бутилциклопентан 4-метилпентан индан
Циклогексан мен оның гомологтары Pt, Pd, Ni – катализаторлары қатысында жоғары температурада ароматты көмірсутектер түзе оңай сутексізденеді. Циклогексанның 300 0C Pt, Pd катализаторының қатысында сутексіздену реакциясын Н.Д. Зелинский 1911 жылы ашты.
Нафтендер мұнай өңдеу процестерінде құрылымдық өзгерістерге ұшырайды. Нафтендердің изомерленуге қабілеттілігі құрылымдағы изомерлер алуға мүмкіндік береді. Диалкилциклопентанның селективті изомерленуі ароматты көмірсутектер алудың шикізаты болып табылатын алты мүшелі циклоалкандардың түзілуіне әкеледі. Олар отын фракциялары мен май дистиллятарының сапасына оң әсер етеді:
Мұнай құрамында көп мөлшерде алкил орын басқан цикландар – метилциклогексан, циклогексан, метилциклопентан, кейбір диметилді гомологтар болады. Сонымен бірге, циклопентан мен метилциклогептанның да болатындығы анықталған. Мұнай фракцияларындағы циклоалкандардың таралуы шамамен біркелкі. Мұнай өнімдерінің жеңіл фракцияларында негізінен циклопентан, циклогексан және метилциклопентан болады. Әртүрлі мұнайдың бензин және керосин фракцияларында құрамы C5-C12 болатын осы кластың 80-нен астам жеке өкілдері болатындығы анықталған. Фракциялардың қайнау температураларының артуымен бірге оларда молекулаларында циклі және орынбасарларының бүйір тізбегінің ұзындығы көп көмірсутектер саны артады. Ауыр фракцияларында C14 орынбасарларымен нафтендер пайда болады және одан жоғары изопреноидты құрылыс типі болады. Моноциклді нафтендер негізінен фракцияларда 3000С-қа дейін болады. бензин фракциясындағы моноциклді нафтендер:
мұнда R – CH3, — C2H5, — C3H7, — C4H9
Бициклді көмірсутектер орташа бензин фракцияларында (130-1500C) пайда болып, жоғары қайнайтын фракцияларында сақталады. Бициклді нафтендердің ішінен мұнай құрамында бициклооктандар, бициклононандар және олардың метил орынбасарлары болады.
бициклодекан бициклододекан бициклогептан метилбициклоундекан
200 0С –дан жоғары фракцияларда трициклді нафтендер болады, олар адамантан және оның метил орынбасарларымен, сонымен қатар циклінде 10-14 көміртек атомынан тұратын қосылыстар түрінде берілген:
Жоғары қайнайтын фракцияларда цикл саны алтыдан аспайтын полициклді қосылыстар болады. Мұнайда моно, сол сияқты полициклді цикландар кездеседі. Моноциклді нафтендер циклопентанды және циклогександы құрылымды мұнайда кеңінен таралған. Шамамен алғанда әртүрлі мұнайда 25-тен 75% дейін полиметилен көмірсутектерінің барлық түрі болады. Тек қана өте жоғары қайнайтын май фракцияларында ароматты құрылымның көбеюі әсерінен олардың мөлшері азаяды.
Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: нафтендердің жіктелуі, физикалық және химиялық қасиеттері
Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:
1. Мұнай құрамында қандай цикландар көп мөлшерде кездеседі?
2. Нафтендерге қандай изомерия тән?
3. Нафтердер мұнайға қандай әсер тигізеді?
Ұсынылған әдебиеттер:
1. Г.К. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. – Алматы.: Бастау, 2007. 54-60 б.
2. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002. С. 74-76.