Алкани (парафінові вуглеводні)

Алкани або граничні (насичені) вуглеводні (формула Сn Н2N + 2) - основна частина вуглеводнів нафти, вони мають найбільше значення Н / С. Залежно від будови алкани представлені вуглеводнями нормального і розгалуженого типів з-будови, властивості яких істотно розрізняються по ряду показників. За фізичним станом в нормальних умовах алкани ділять на газоподібні, рідкі та тверді.

Газоподібні алкани з числом атомів вуглецю від 1 до 4-х (C1 -C4) виділяються при видобутку у вигляді попутного газу. Легкі вуглеводні C1 С2 складають основну частину природних газів.

Одним із специфічних властивостей газоподібних алканів є здатність утворювати з водою газові гідрати - кристалічні речовини, зовні схожі на сніг або рихлий лід. Освіта гідратів ускладнює транспортування природного газу через забивання комунікацій, і боротьба з ними ведеться шляхом попередньої осушки газу, підігріву місць їх утворення, добавкою інгібіторів (спиртів, наприклад метанолу) і ін.

Метан СН4 - безбарвний нетоксичний газ без запаху і смаку. До складу метану входить 75% вуглецю і 25% водню; маса 1 м 3 метану дорівнює 0,717 кг. При атмосферному тиску і температурі -162 ° С метан скраплюється і його обсяг зменшується майже в 600 разів. Тому скраплений природний газ є перспективним енергоносієм для багатьох галузей народного господарства.

Природний газ є в даний час одним з основних побутових і екологічно чистих промислових палив. Він використовується також як сировина для виробництва водню і технічного вуглецю (сажі). Природні і попутні гази являють собою не тільки висококалорійне паливо, а й коштовна сировина для хімічної промисловості.

Вуглеводні С3 -С4 (пропан, бутан) - цінне нафтохімічну сировину для отримання пластмас, каучуків, ароматичних вуглеводнів, спиртів і інших цінних продуктів.

Швидко розвивається і використання легких вуглеводнів в якості моторного палива в наземному і повітряному транспорті (в стислому або зрідженому вигляді).

Пропан і бутан відносяться до зрідженим вуглеводневим газів. Як уже зазначалося, в нормальних умовах вони знаходяться в парах. При температурі -42,1 і -0,5 0 С відповідно і при тиску 101,3 кПа вони переходять в кипляче стан (тобто в рідке). Дані гази, поряд з метаном і етаном, мають досить високим коефіцієнтом об'ємного розширення і це необхідно враховувати при заповненні систем резервуарів, зберігаючи необхідний обсяг для парової фази з метою забезпечення необхідних умов безпечної експлуатації. З табл. 1.4.1 видно, що при одному і тому ж підвищенні температури пропан розширюється в 16,1 раз більше, ніж вода, і в 3,2 рази більше, ніж гас. Бутан розширюється в 11,2 раз більше, ніж вода, і в 2,23 рази більше, ніж гас.

Таблиця 1.4.1Коеффіціент об'ємного розширення зріджених вуглеводнів, гасу і води

Рідкі алкани - це вуглеводні з числом атомів вуглецю від С5 (t кип = 36 ° С) до C18 (t кип = 320 ° С), тобто вони входять до складу легкої частини нафти (бензінокеросіновие фракції). За своєю будовою вони поділяються на алкани нормальної будови і розгалужені алкани (ізоалкани). Перші часто називають "нормальні парафінові вуглеводні" (НПУ) або "рідкий парафін", а другі - "ізопарафінових вуглеводні" (ІПУ).

Число ізомерів різко зростає в міру збільшення числа вуглецевих атомів в молекулі. Так, наприклад, бутан С4 Н10 має 2 ізомери, вуглеводень С5 Н12 - 3, С6 Н14 - 5, С7 Н16 - 9, С10 Н22 - 75, С13 Н28 - 802, а у С20 Н42 - може бути 366 319 ізомерів і т. д. Не всі ізомери отримані. Однак будова одержуваних ізомерів можна заздалегідь передбачити.

Рідкі алкани нормальної будови, виділені з нафтових фракцій, знаходять дуже широке застосування в якості:

технологічних і побутових розчинників (C5 -C8);

сировини для виробництва білково-вітамінних концентратів (С10 -C18);

сировини для отримання Хлорпарафіни, використовуваних як полімерні компози-ції (лінолеум) і пластифікатори, для отримання штучної шкіри, плівок, лаків і т.д.

Присутність НПУ в нафтових моторних паливах в різній мірі впливає на їх властивості. У бензинах їх присутність небажана, тому що вони, будучи найменш стійкими до окислення, мають найменшу детонационную стійкість і погіршують моторні властивості палива.

В авіаційних гасі їх присутність практично неприпустимо через погіршення низькотемпературних властивостей палива, оскільки НПУ мають високі температури застигання, а в цих паливах неприпустимо утворення кристалів при температурах до -60 0 С.

У дизельних паливах вони бажані з точки зору забезпечення гарної займистості, так як у них максимальне співвідношення Н / С. З іншого боку, вони, як і в авіаційних гасі, підвищують температуру застигання палива і тим самим погіршують цей важливий експлуатаційний показник. Тому в дизельних паливах допустима кількість НПУ визначається нормою по температурі застигання на відповідну марку палива. (Ця норма становить від -10 ° С до -50 ° С.)

Рідкі ІПУ - найцінніші компоненти всіх моторних палив, оскільки вони володіють поєднанням необхідних для палив властивостей: максимальним (як і НПУ) співвідношенням Н / С і, відповідно, запасом енергії; низькими температурами застигання; високою детонаційної стійкістю (що важливо для бензинів), хорошою воспламеняемостью (важливо для дизельних палив).

Вони (як і НПУ) мають низьку щільність, що є негативним якістю для авіаційних палив.