Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов различного строения, включающую алканы (парафины), циклоалканы (нафтены) и ароматические соединения. Основные компоненты нефти:
Физические свойства нефти варьируются в зависимости от месторождения, состава и температуры. Важнейшими характеристиками являются плотность, вязкость, температура застывания и летучие фракции.
Фракционная перегонка — основной метод разделения нефти на фракции по температуре кипения. Выделяют следующие фракции:
Фракции служат исходным сырьём для каталитического крекинга, риформинга, гидроочистки и других процессов, направленных на получение высокооктановых бензинов, дизельного топлива и химически чистых углеводородов для органического синтеза.
Каталитический крекинг — процесс расщепления длинноцепочечных углеводородов на более лёгкие и реакционноспособные. Применяются кислые катализаторы, температуры 450–500°C, давление 1–2 МПа. Основные продукты: бензин, алкены (этилен, пропилен), ароматические соединения.
Риформинг — метод превращения нафтенов и низкооктановых парафинов в ароматические соединения и высокооктановый бензин. Используются катализаторы на основе платины при 480–520°C и давлении 2–3 МПа. Риформинг обеспечивает получение толуола, ксилолов и бензола для дальнейшего органического синтеза.
Гидроочистка — удаление серы, азота и металлов из нефтяных фракций с помощью водорода и катализаторов. Позволяет получить чистые углеводороды, пригодные для каталитических процессов и промышленного органического синтеза.
Этилен (C2H4) — ключевой сырьевой компонент для пластмасс, полиэтилена, этанола и других химических продуктов. Получается при паровом крекинге лёгких нефтяных фракций (нафта, газовый бензин) при 750–900°C.
Пропилен (C3H6) — важный мономер для полипропилена и химических реагентов. Формируется вместе с этиленом, требует селективного каталитического крекинга для увеличения выхода.
Бутилен (C4H8, C4H10) — используется в производстве бутадиена, полиэтилена высокой плотности и синтетических каучуков. Выделяется из фракций С4 при крекинге.
Ароматические соединения — бензол, толуол, ксилолы служат исходными веществами для синтеза пластмасс, растворителей, красителей и фармацевтических соединений. Получаются риформингом и выделением из нафты.
Синтез алкенов — через каталитический крекинг и дегидрирование. Применяется для получения мономеров для полимеризации.
Полимеризация — превращение мономеров (этилен, пропилен, стирол) в полиолефины, полистирол, полиакрилаты. Контролируемая температурой и катализатором.
Ацетилирование и алкилирование — получение ароматических и функциональных производных бензола для химической промышленности. Реакции проводятся в присутствии кислотных катализаторов при умеренных температурах.
Окисление и гидрирование — позволяет создавать кислородсодержащие соединения, спирты, кетоны и кислоты из углеводородов. Применяются катализаторы на основе меди, хрома, платины.
Синтез аминов и нитросоединений — используется азотсодержащие фракции нефти или ароматические соединения. Реакции включают нитрование, сульфирование и последующую обработку восстановителями.
Насыщенные углеводороды преимущественно вступают в реакции замещения и горения, тогда как ненасыщенные (алкены, алкины, ароматические соединения) активно участвуют в полимеризации, электрофильном и нуклеофильном замещении, а также в окислительных процессах. Структура молекулы определяет теплоёмкость, плотность и химическую активность.
Нефть обеспечивает промышленность универсальными углеводородами и ароматическими соединениями, которые являются основой для производства топлива, пластмасс, синтетических каучуков, растворителей, фармацевтических и пищевых добавок. Эффективная переработка и химическая трансформация углеводородов позволяют создавать широкий спектр органических соединений с заданными свойствами, что делает нефть ключевым ресурсом современной химии.