Химиялық қасиеттері. Химиялық қасиеттері бойынша циклопарафиндер парафиндерге ұқсас

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:

CH₃

CH₃

 

 

(CH₂)n

 

Қарапайым циклоалкандар (С₅-С₇) өте тұрақты және химиялық реакцияларда үзуге бейім емес:

+Br₂® - Br +НBr

 

циклопентан бромциклопентан

 

Мұнай өндірудің каталитикалық процестерінде жүратін алкил туынды нафтендерді бициклді көмірсутектер түзілумен қатар жүреді:

 

Циклогексан мен оның гомологтары Rt,Rd, Ni – катализаторлары қатысында жоғары температурада ароматты көмірсутектер түзе оңай сутексізденеді. Циклогексанның және оның гомологтарының 300⁰С-та катализаторларының қатысында сутексізденуі (немесе дегидрленуі) реакциясын 1911 жылы Н.Д.Зелинский ашты.

Нафтендер мұнай өңдеу процестерінде құрылымдық өзгерістерге ұшырауға бейім келеді. Нафтендердің изомерленуге қабілеттілігі белгілі құрылымдағы изомерлер алуға мүмкіндік береді. Диалкилциклопентаның селективті измерленуі ароматты көмірсутектер алудың шикізаты болып табылатын алты мүшелі циклоалкандардың түзілуіне әкеледі. Олар отын фракциялары мен май дистилляттарының сапасына оң әсер етеді:

 

 

Мұнай құрамында көп мөлшерді алкил орын басқан циклоалкандар – метилциклогексан, циклогексан, метилциклопентан, кейбір диметилді гомологтар болады. Сонымен қатар, циклогептан мен метилциклогептанның да болатындығы анықталған.

Мұнай фракцияларындағы циклоалкандардың таралуы шамамен беркелкі. Мұнай өнімдерінің жеңіл фракцияларында негізінен циклопентан, циклогексан және метилциклопентан болады. Әртүрлі мұнайдың бензин және керосин фракцияларында құрамы С₅-С₁₂ болатын осы кластың 80-астам жеке өкілдері болатындығы анықталған. Фракциялардың қайнау температураларының артуымен бірге оларда молекулаларында циклді және орынбасарларының бүйір тізбегінің ұзындығы көп көмірсутектер саны артады. Ауыр фракцияларында С₁₄ орынбасарларымен нафтендер пайда болады және одан жоғары изомпреноидты құрылыс типі болады.

Моноциклді нафтендер негізінен фракцияларда 300⁰С -ға дейін болады.

Бензин фракцияларында табылған моноциклді нафтендерді жалпы түрде мынадай құрылым түрінде беруге болады:

Мұнда R-CH₃, -С₂Н₅, сирек –С₃Н₇, -С₄Н₉

Бициклді көмірсутектер орташа бензин фракцияларында (130-150⁰С) пайда болып, жоғары қайнайтын фракцияларда сақталады. Бициклді нафтендердің ішінен мұнай құрамында бициклооктандар, бициклононандар және олардың орынбасарлары болады.

200⁰С-дан жоғары фракцияларда трициклді нафтендер болады, олар адамантан және оның метил орынбасарларымен, сонымен қатар циклінде 10-14 көміртек атомынан тұратын қосылыстар, мысалы,I - III қосылысы 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. Шамаменалғанда әртүрлі мұнайда 25-тен 75%-ға дейін полиметилен көмірсутектерінің барлық түрі болады. Тек қана өте жоғары қайнайтын май фракцияларында ароматты құрылымның көбейуі әсерінен олардың мөлшері азаяды. Әсіресе нафтендерге бай Баку және Ембі мұнайы (40-60%, мұнайға есептегенде, ал жеке фракцияларында 60-80%-ға дейін).

Тритерпеноид болып табылатын пентациклді нафтендердің ішінен мұнайда С₂₁ атомындағы орынбасарлар ұзындығы әртүрлі құрамы С₂₇-С₃₅ гопан (Х) қатарындағы көмірсутектер, сонымен қатар тек қана 30 көміртек атомы болатын тритерпандар, мысалы, олеанан (Х) болады.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Нафтендік көмірсутектердің мұнай фракцияларында таралуы.

2. Мұнайдың нафтендік көмірсутектері физикалық қасиеттері.

3. Мұнайдың нафтендік көмірсутектері химиялық қасиеттері.

Әдебиеттер тізімі:

1. Нұрсұлтанов Ғ.М. Мұнай мен газды өндіріп, өңдеу: Оқулық/ Ғ.М. Нұрсұлтанов, Қ.Н. Абайұлданов.

2. Мозговой И.В., Давидан Г.М., Олейник Л.Н. Химия и физика нефти и газа. Курс лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 199 с.

3. Батуева И. Ю., Гайле A. A., Поконова Ю. В. и др. Химия нефти- Л.: Химия, 1984 - 360 с.

4. Магеррамов А.М., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф. Нефтехимия и нефтепереработка. Учебник для высших учебных заведений. Баку: Издательство «Бакы Университети», 2009, 660 с.

Дәріс №9.

Тақырыбы: Қанықпаған және аралас құрылысты көмірсутектер

Жоспар:

1. Алкендер. Олардың қасиеттері.

2. Алкадиендер. Олардың химиялық қасиеттері.

3. Алкиндер. Олардың химиялық қасиеттері.

4. Мұнайдағы ароматты көмірсутектер. Олардың қасиеттері мен бөліп алу әдістері.

5. Гибридті және аралас құрылысты көмірсутектер.

 

Глоссарилер:

Алкендер (этилен көмірсутектері, олефиндер) – молекулаларында қос байланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер.

Алкадиендер (диендер) – молекуласында екі қосбайланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер, жалпы формуласы С_nН_2n-

Каучуктар – иілгіш жоғары молекулалы материалдар (эластомерлер), вулканизациялау (күкіртпен қыздырып) тәсілі арқылы олардан резеңке алынады.

Табиғи каучуктар – өзінің химиялық құрамы жағынан жоғары молекулалы қанықпаған көмірсутек (С₅Н₈)_n, мұндағы n мәні 1000-3000 аралығында.

Шикі мұнайда және табиғи газдарда қанықпаған қосылыстар (алкендер, ди-, три- және полиендер, алкиндер) болмайды, болса да өте аз мөлшерде кездеседі. Олар мұнай өңдеу процестерінде түзіледі де мұнай химиялық және негізгі органикалық синтезде маңызды шикізат болып табылады.

Мұнайдан қанықпаған қосылыстар алу процесінің екі түрі бар:

− олар қосалқы өнім (олефиндер және диолефиндер) болып табылатын процестер, термиялық және каталитикалық крекинг, риформинг және негізгі бағыты отын және мұнай коксін өндіру болып табылатын мұнай қалдықтарын кокстеу.

− оларды белгілі бір мақсатта алуға бағытталған арнайы процестер – пиролиз, төмен молекулалы алкендерді полимерлеу, алкандарды сутексіздеу және металлорганикалық катализаторлар қатысында жоғары алкендерді синтездеу.

Сұйық фазалы термиялық крекинглеу (470-520⁰C; 2-5 МПа) кезіндегі газдардағы қанықпаған қосылыстардың мөлшері шамамен 10%, пиролиз газдарында (670–900°C; 0,1МПа) 30–50% құрайды. Алкендердің ішіндегі термиялық процестерде этилен мен пропилен көп болады; аз мөлшерде бутендер мен бутадиендер болады. Каталитикалық крекинг газдарындағы алкендер негізінен пропилен мен бутендерден тұрады.

Мұнайды термиялық және каталитикалық өңдеу процестерінің сұйық өнімдерінің құрамында олефиндердің біраз мөлшері болады. Термиялық крекинг бензинінің құрамында 30–35% олефиндер, каталитикалық крекинг бензинінде 10%–ке дейін олефиндер болады. Мұнай өнімдерінің құрамында болатын қос байланысты көмірсутектерді мынадай топтарға бөлуге болады:

1) қалыпты және изоқұрылысты олефиндер;

2) циклоолефиндер (циклогексан және олардың гомологтары);

3) бүйір тізбегінде қос байланыс болатын ароматты көмірсутектер (стирол инден, олардың гомологтары).

Алкендер (этилен көмірсутектері)

Алкендер (этилен көмірсутектері, олефиндер) – молекулаларында қос байланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер. Алкендер қатарының жалпы формуласы С_nН_2n. Қарапайым өкілдері:

С₂Н₄ С₃Н₆

CH₂=CH₂ CH₂=CH–CH₃

этилен пропилен

C₄H₈

CH₂=CH–CH₂–CH₃ CH₃–CH=CH–CH₃

Бутилендер

Алкендердің аталымы

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4

CH₃CH₂C=CHCH₂CH₃ CH₃C=CHCH₃

 

C₂H₅CH₃

3–этилгексен–3 2–метилбутен–2

 

Алкендерге изомерияның мына түрлері тән:

1.Көміртек қаңқасының изомериясы (C₄H₈-ден бастап):

CH₂=CH–CH₂CH₃ CH₂=C–CH₃

CH₃

Бутен–1 2–метилпропен

2.Қос байланыстың орналасуы бойынша изомерлену (C₄H₈-ден бастап):

CH₂=CH–CH₂–CH₃ CH₃–CH=CH–CH₃

Бутен–1 Бутен–2

3.Циклоалкандармен класс аралық изомерлену. МысалыC₃H₆ формуламен екі изомер бар: пропен және циклопропан; бутен-1 және циклопропан.

4.Алкендердің кеңістік изомериясы (цис–транс–изомерлену): Цис-бутен-2 және транс-бутен-2.

C₂H₄,C₃H₆,C₄H₈ алкендері–газ, C₅H₁₀–тен бастап C₁₆H₃₂–дейін –сұйықтық, C₁₇H₃₄-тен жоғары–қатты заттар. Қалыпты құрылысты сәйкес алкандарға қарағанда алкендердің қайнау және балқу температуралары төмен, бірақ тығыздығы мен сыну көрсеткіші жоғары.

Әдетте алкендердің цис–изомерлерінің қайнау температурасы транс–изомеріне қарағанда неғұрлым жоғары болады. Тура тізбекті (1–гептен және 3–гептеннің октан сандары сәйкесінше 65 және 95) сәйкес алкандарға қарағанда олефиндердің октан саны жоғары.