Промышленное производство органических соединений - нефть, природный газ, каменный уголь.

Для промышленности важны три источника сырья: нефть, газ и каменный уголь.

Нефть.

Нефть – это темная, маслянистая жидкость, нерастворимая в воде, которая содержит разветвленные и неразветвленные алканы, циклоалканы. Состав зависит от месторождения.

Нефть является основным материалом для получения органических соединений методом сухой перегонки (пиролизом, карбонизацией). Основные продукты - ароматические углеводороды и их производные. Получают в основном красители, синтетические жиры и масла.

С ростом значения нефти совершенствовались способы химической переработки. В настоящее время около 90% синтетических органических соединений получены из нефти и ее производных.

Лабораторные и промышленные методы получения нефти.

Между лабораторным и промышленным способами получения нефти имеется ряд существенных различий, а именно:

• цена (в лаборатории используются малые количества реактивов, когда как в промышленности необходимы большие объемы. Поэтому в лаборатории могут использоваться дорогие и редкие соединения, а в промышленности нужно обходиться наименьшими затратами. Или использование вредных ядовитых веществ в лаборатории вполне допустимо из-за наличия вытяжных шкафов, то в промышленных масштабах это крайне опасно.);
• тепло. В промышленности подвод тепла весьма дорог для реакций, проводимых при умеренно повышенных и нармальных температурах, когда как для лаборатории такие синтезы легко осуществимы;
• чистота смеси. В лаборатории обычно работают с чистыми веществами, когда в промышленности, в основном, со смесями;
• круговорот веществ. Если в промышленности можно смеси разделять различными химическими процессами (перегонкой, фильтрованием, непрерывными процессами), то для лаборатории это нерентабельно. В промышленности имеет место цикличность процессов, когда непрореагировавшее вещество можно снова ввести в цикл процесса переработки, а в лаборатории такое осуществляется с большим трудом.

Переработка нефти.

В промышленности используют дробную перегонку «сырой нефти», в результате чего последняя разделяется на несколько фракций, которые имеют различные температуры кипения:

Бензиновая фракция состоит из петролейного эфира и экстракционного бензина. Состав фракции варьируется от С₆ – С₉. Вся фракция является весомым нефтепродуктом, т.к. служит топливом для двигателей внутреннего сгорания.

Керосин (С₉-С₁₆) используется в отопительных приборах, а также является топливом для самолетов и турбинных двигателей.

Газойль (дизельное топливо) служит топливом для дизельных двигателей.

Смазочные масла (С₂₀ - С₅₀) используются в качестве смозочных материлов.

Мазут (остаток) – используют как топливо, его перегоняют в результате чего получают высококипящую углеводородную фракцию.

Химические превращения углеводородов, содержащихся в нефти.

Значимость топлива в современном мире значительно возрастает. Именно по этой причине нашли самый оптимальный способ получения бензина из высококипящих фракций – крекинг – нагрев высших алканов без доступа воздуха, вследствие чего происходит распад на низшие и высшие углеводороды:

Если крекинг протекает без использования катализатора, то он называется термическим. Если же в качестве катализатора используют SiO₂ или Al₂O₃, то это каталитический крекинг. Продуктом таких процессов является этан и пропен, которые стали важным сырьем для промышлености.

Для совершенствования качеств бензина проводят реформинг и алкилирование.

Риформинг (изомеризация) – процесс, в котором неразветвленные алканы при нагревании с катализатором превращаются в более разветвленные с большим октановым числом. Например,

Алкилирование – процесс, при котором смесь алканов и алкенов превращается в разветвлённые соединения с большим октановым числом, при использовании в качестве катализатора – кислоты:

Природный газ.

Природный газ – совокупнсть газов, состав которых зависит от месторождения. В основном, это смесь метана, этана и пропана, но еще могут встретиться небольшие количества азота, высших алканов, углерода, гелия (редко).

Природный газ является промышленным топливом, важнейшим соединением служит синтез-газ (смесь оксида углерода и водорода):

Его можно получить воздействием раскаленного кокса с водяным паром, соединение, которое получается в данном процессе, носит название водяной газ:

Именно из оксида углерода и водорода получают метанол:

Реакция протекает под давлением в присутствие катализаторов.

Каменный уголь.

Каменный уголь служит сырьем для получения ароматических углеводородов. Схематически процесс можно представить так:

Аналогично можно получить толуол.

При сухой перегонке при высоких температурах получают смесь твердых, жидких и газообразных продуктов.

Газофазным продуктом является коксовый газ, основным компонентом которого является водород и метан.

Жидкий продукт представляет собой деготь, из которого выделяют большое количество фенола, крезола, нафталина, тиофена, антрацена.

Твердым продуктом является кокс.