Ароматические углеводороды

Арены (ароматические углеводороды, содержащие одно или несколько бензольных колец, в том числе конденсированных) в нефти представлены соединениями следующих рядов:

• бензол и его гомологи,

• нафталин и его гомологи,

• сложные конденсированные системы, состоящие из 3, 4 и 5 конденсированных ядер;

• гибридные, или смешанные, углеводороды, состоящие из нафтеновых и ароматических фрагментов. Экспериментально было установлено, что для каждой из фракций нефти характерны свои ароматические углеводороды. Причем с увеличением молекулярной массы фракции содержа­ние аренов в них повышается; ароматические углеводороды ста­новятся все более конденсированными.

По сравнению с другими группами углеводородов ароматические обладают наибольшей плотностью. По вязкости они занимают проме­жуточное положение между парафиновыми и нафтеновыми.

Ароматические углеводороды с боковыми цепями повышают дето­национную стойкость бензинов, но снижают качество бензинов, реак­тивных и дизельных топлив, так как ухудшают характеристики их сго­рания и экологическую ситуацию. Согласно требованиям ГОСТ, содер­жание ароматических углеводородов в реактивном топливе не должно превышать 20—22 % (мае.). Допустимое их количество обусловлено не­обходимостью иметь авиакеросины с повышенной плотностью.

Моноциклические ароматические углеводороды с длинными боко­выми изопарафиновыми цепями придают смазочным маслам хорошие вязкостно-температурные свойства. Весьма нежелательны в этом отно­шении ароматические углеводороды без боковых цепей и полицикли- ческие. Однако для повышения химической стабильности смазочных масел полициклические углеводороды необходимо оставлять в них в небольшом количестве.

Ароматические углеводороды по сравнению с другими группами уг­леводородов обладают высокой растворяющей способностью по отно­шению к органическим веществам, но содержание их во многих раство­рителях нефтяного происхождения ограничивают из-за высокой ток­сичности (предельно допустимая концентрация паров бензола в воздухе составляет 5 мг/м³, толуола и ксилолов — 50 мг/м³).

В настоящее время индивидуальные ароматические углеводороды применяются в основном в качестве сырья для нефтехимического син­теза, а также в производстве взрывчатых веществ.

Для бензиновых фракций характерно наличие почти всех изо­меров гомологов бензола. При этом, чем более насыщена угле­родом молекула и чем более она разветвлена, тем больше их со­держится во фракции. Например:

Соотношение гомологов бензола в бензиновых фракциях:

С₆: С₇: С₈: С₉ = 1: 3: 7: 8.

В бензиновой фракции присутствует простейший гибрид­ный, или смешанный, углеводород — индан.

Углеводороды гибридного (смешанного) строения имеют в своем составе различные структурные элементы: ароматические кольца, пяти- и шестичленные циклопарафиновые циклы и али­фатические парафиновые цепи. Сочетание этих элементов может быть разнообразным, а число изомеров — огромным. Например, изопропилбензол состоит из алифатической парафиновой цепи и ароматического кольца. В данном случае в ароматическую систе­му входит около 67 % атомов углерода, и именно ароматическое кольцо оказывает влияние на физические и химические свойства вещества. Поэтому изопропилбензол не является гибридным и относится к классу ароматических углеводородов. Принято счи­тать, что смешанным является тот углеводород, в котором влия­

ние отдельных структурных элементов на свойства вещества в целом оказывается более или менее равноценным. В гибридном углеводороде индане 56 % атомов углерода приходится на нафте­новую часть и 44 % — на ароматическую.

Условно гибридные углеводороды можно подразделить на три типа: алкано-нафтеновые; алкано-ареновые; алкано-нафте- но-ареновые. Алкано-нафтеновые углеводороды представляют собой либо длинные парафиновые цепи с циклопарафиновыми заместителями, либо моно- или полициклические структуры с несколькими более короткими боковыми парафиновыми цепя­ми. Эти углеводороды свойственны легкокипящим фракциям нефтей. Алкано-ареновые углеводороды представляют собой нормальные парафины с фенильными заместителями в конце цепи. Число ароматических колец в них не превышает двух. Та­кие углеводороды встречаются в керосиновых фракциях. Алка- но-нафтено-ареновые углеводороды, как правило, содержат одно или два ароматических кольца конденсированного типа и от одного до трех полиметиленовых колец. Число ароматических колец в таких системах редко достигает трех. Этот тип гибрид­ных углеводородов наиболее распространен среди углеводородов высокомолекулярной части нефти.

В керосиновых фракциях ароматические углеводороды также представлены гомологами бензола, но с более длинными углево­дородными цепями, чем в бензиновых фракциях:

где R, и R₂ — углеводородные радикалы <С₁₂.

Наряду с ними, в керосиновых фракциях установлено нали­чие заметных количеств гомологов нафталина. Среди них встре­чаются метил-, диметил- и полиметилзамещенные нафталины. Обнаружены также и гибридные углеводороды — тетралин и его гомологи.

В более тяжелых — керосино-газойлевых, дизельных и масля­ных фракциях — ароматические углеводороды представлены го­мологами нафталина и конденсированными ароматическими уг­леводородами. Причем, чем выше температуры кипения углево­дородов во фракции, тем более насыщена кольцами молекула, а количество гомологов нафталина уменьшается. Например, в масляных фракциях обнаружены аналоги антрацена.

В очищенных товарных маслах гибридные углеводороды ал- кано-нафтенового типа представлены преимущественно моно- и бициклическими цикланами с длинными алкильными цепями (до 50—70 % мае.).

Выделенные из нефти арены можно использовать в разных целях. Главным образом — это ценное сырье для промышленно­го органического и нетфехимического синтеза (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, нафталин). Возможна их добавка к мотор­ным маслам, так как они наименее склонны к детонации. А вот в дизельном топливе они нежелательны, так как ухудшают про­цесс его сгорания.

Поиск по сайту: