Burton和Houdry先后破解和破解?
在历史之前,人们已经发现并使用了石油。考古学家在今天伊拉克幼发拉底河两岸的古代建筑中发现了五千多年前石油沥青砂浆的痕迹。
“是古字‘烧’。也就是说,早在1世纪以前,中国就已经发现水面上有油,可以燃烧。
但长期以来,石油只被直接用作燃料和照明,会散发出浓浓的黑烟,产生强烈的刺鼻气味。
19到了20世纪50年代,美国耶鲁大学的化学教授小本杰明·西利曼在60年代初。,1816-1855)研究分析了石油的成分,确定石油是多种碳氢化合物的混合物。
碳氢音tοng是碳(tàn)和氢(qοng)的切分音,这表明它是碳和氢的化合物。这是一个由中国化学家创造的具有中国特色的化学术语。
甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)和乙炔(C2H2)是三种最简单的碳氢化合物,它们都是链状碳氢化合物,因为它们具有链状结构,以区别于具有环状结构的环状碳氢化合物。它们的命名也有中国的特色。
甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、任、桂称为天干,也称十干。天干地支(子、丑、寅...)自古以来就被反复使用,用来表示年、月、日、时的顺序,我国化学家用它来表示链状碳氢化合物的碳原子数。“烷烃”意为“完全”,碳为四价,1个碳原子与4个氢原子结合;“烯”是“稀缺”的意思,“炔”是“缺乏”的意思三个都用“火”表示可以燃烧。
链烃可分为直链烃和支链烃。例如,正庚烷代表含7个碳原子的烷烃,它是直链烃,分子结构为:
异辛烷是辛烷的异构体,辛烷是指含有8个碳原子的烷烃。它们的分子式都是C8H18,但结构式不同。异辛烷是一种支链烃,也称为2,2,4-三甲基戊烷,意思是它是一种含有五个碳原子的烷烃,这五个碳原子从左到右分别编号为1,2,3,4,5,在2,2,4位连接了三个含有1个碳原子和三个氢原子的甲基(-—CH3)。
苯(C6H6)和甲苯(C6H5CH3)等分子结构中的碳原子连接成环,所以也叫环烃:
有机化合物根据其分子结构分为链状化合物和环状化合物。链状化合物也被称为脂肪族化合物。环状化合物可分为三类:第一类是芳香族化合物(27),第二类是杂环化合物(27),第三类是脂环族化合物。例如,环己烷(C6H12)是一种分子结构中没有双键或三键的饱和化合物。因此,环烃可分为芳香族(芳香族)环烃和脂肪族(脂肪族)环烃。
碳氢化合物可分为饱和烃和不饱和烃。烷烃是饱和烃,通式为CnH2n+2。烯烃和炔烃都是不饱和烃,它们的通式分别是CnH2n和CnHn。
石油是各种碳氢化合物的混合物,也就是说,石油既含有链状碳氢化合物,也含有环状碳氢化合物;它包含直链烃和支链烃;它既含有脂环烃,也含有芳烃;它包含饱和烃和不饱和烃。
1859年,美国人埃德温·L·德雷克(Edwin L.Drake)在美国宾夕法尼亚州泰特斯维尔(Titusville)首次钻取石油,并对产出的石油进行分馏。他把蒸馏温度为40~60℃并含有5~6个碳原子的烃类的馏分称为石脑油,并把它用作溶剂。蒸馏温度为55~200℃,含有6~12个碳原子的烃类的馏分称为汽油,尚未应用。蒸馏温度为195~300℃,含有12~16个碳原子的烃类的馏分称为照明用煤油。蒸馏温度为285~350℃,含有15~18个碳原子的碳氢化合物的馏分称为柴油,用作发动机燃料。蒸馏温度在350℃以上,含18个以上碳原子的馏分称为重油,用作润滑剂。剩余的沥青用于覆盖屋顶以防水。
南京大学化学系。有机化学(一)。北京:人民教育出版社,1978。
使用石油馏分照明仍然会产生强烈的刺激性气味,因为石油中含有的硫在燃烧时会产生二氧化硫(SO2)气体。关于1887,标准石油公司)化学家弗拉施(1851-1914)利用铜、铅、铁等金属氧化物,将石油中的硫转化为硫化物沉淀,然后回收再转化为氧化物。后来他用浓硫酸作氧化剂,将石油中含有的一些有臭味的硫化物氧化成磺酸(R-SO3H),形成酸渣,用离心分离或静态法分离。这可以认为是石化加工的第一轮。
但直到19年底,汽油因为燃点低,容易挥发,没有得到充分利用。它不仅着火了,还烧成了碎片,甚至爆炸了,被视为危险的“废物”,不知如何处理。
到19年底,内燃机和汽车相继问世。与内燃机相比,蒸汽机是将锅炉中的水煮沸产生蒸汽,然后将蒸汽引入气缸推动活塞做功,所以可以称之为“外燃机”。内燃机燃烧气缸内的燃料,使燃烧产生的气体推动活塞做功。内燃机需要容易燃烧的液体燃料,汽油正好满足要求。内燃机放到汽车里,汽油价格马上就涨。
然而,问题又出现了。当汽油蒸气和空气的混合物在气缸内燃烧时,部分汽油往往在点火前爆炸,导致爆震。爆震不仅浪费能量,还会损坏内燃机的气缸。通过各种测试,很明显,爆燃程度与使用的汽油成分有关。一般来说,直链烷烃燃烧时产生的爆震程度最大,烯烃和脂环烃次之,芳烃和分支多的烷烃产生的爆震程度最小。含7~8个碳原子的汽油组分中,正庚烷的爆震程度最大,而异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)基本不产生爆震。
汽油的辛烷值是衡量汽油爆震程度的指标。辛烷值以正庚烷和异辛烷为基准,正庚烷的辛烷值为0,异辛烷的辛烷值为100。在正庚烷和异辛烷的混合物中,异辛烷的体积分数称为这种混合物的辛烷值,也就是俗称的汽油牌号。
各种汽油的辛烷值或汽油牌号是通过比较它们与上述混合物燃烧时的爆震现象的程度得到的。例如,一种汽油的辛烷值是80或80 #汽油,这意味着这种汽油在标准的单缸内燃机中燃烧时产生的爆震现象与20%(体积分数)的正庚烷和80%的异辛烷的混合物在同一个气缸中燃烧时产生的爆震现象是一样的。普通汽油不是正庚烷和异辛烷的简单混合物,所以辛烷值只能表示其爆震程度,而不能表示其中异辛烷的含量。
石油分馏得到的汽油不同于原油,其辛烷值约为20~70,不能满足汽车和飞机燃料的要求。
第一次世界大战后不久,美国通用汽油公司的实验室对许多物质进行了筛选,试图找到一种物质,将其添加到汽油中,以降低汽油燃烧的爆震程度。美国工业化学家米奇利(1889-1944)和博伊德(T.A .)发现四乙基铅(Pb(C2H5)4),于1921投入使用,能降低汽油燃烧的爆震,称为抗爆剂。但后来发现,四乙基铅在缸内燃烧后会生成氧化铅,在缸内积聚,造成障碍。然后加入二溴乙烷((CH2)2Br2)和二氯乙烷((CH2)2Cl2),燃烧时可与四乙基铅反应,将生成的物质一起排出。
废气中含有溴化铅(PbBr2),在阳光照射下会分解,产生铅和溴,污染空气和环境,这让制造和使用四乙基铅的人很困惑。美国从1995开始禁止含铅汽油。中国北京也从1998到1禁止使用含铅汽油,之后全国禁止。
在汽油中加入抗爆剂可以被认为是石油化工的第二轮加工。
第三轮是油的裂化和裂解。
石油的裂化和裂解是将含有较多碳原子的碳氢化合物,如柴油或其他高于汽油的高沸点馏分,通过加热分解成含有较少碳原子的碳氢化合物。这些碳原子较多的分子在加热过程中,不仅碳链断裂产生碳原子较少的分子,而且发生脱氢、聚合、环化、异构化等反应,使产物中含有相当数量的烯烃、芳烃和支链烷烃。这些组分具有较高的辛烷值,因此石油的热分解不仅增加了汽油的产量,还可以获得质量更好的汽油,按需生产。一般来说,从石油分馏得到的汽油称为直馏汽油。直馏汽油在质和量上都不能满足现代工业发展的要求,因为直馏汽油的收率只有原油质量的16%,其辛烷值一般在20-70之间。裂化石油产品不仅能使同等质量的原油增产汽油3倍以上,而且还能增强抗爆性能,因此石油产品的裂化加工自20世纪初以来发展迅速。
石油裂解和裂解的区别在于反应温度。裂解温度一般不超过500℃,得到的烃类主要是液体,也有部分气体产生。裂解温度一般在700℃以上至1000℃或更高,得到大量气体产物,有部分液体产物。
这是许多科技人员开发的。
美国化学家威廉·梅里亚姆·伯顿(1865-1954)从1909开始研究石油裂解。刚开始是在气相常压下进行的,产量很低。他试过氯化铝等催化剂,效果也很差。两年后,研究在液相、350~450℃和5个大气压下进行。1915汽油价格下降。这种方法在一战期间为美国的汽油供应做出了贡献,并在1921获得了美国化学工业协会的帕金奖章。
查尔斯·莫斯利.化学和第一次汽油大短缺。化学教育学报,1986,57(4).
俄罗斯化学家扎林斯基(иклймитииивичзлиннннинннн
美籍法国机械工程师Houdry (1892-1962)用氧化硅-氧化铅作为催化剂裂解石油。他发现裂解过程中产生的碳粒覆盖在催化剂表面,降低了催化剂的活性,于是他向反应器中通入空气,使碳粒燃烧,不仅去除了碳粒,还成为反应过程所需的热源。
催化裂化与第二次世界大战航空汽油,化学教育杂志,1984,61(8).
1931年美籍俄罗斯化学家伊帕捷耶夫最早使用石油的高温催化裂解。
随着石油裂化和裂解的发展,出现了重整、烷基化等石油加工技术。
重整是将直链烃重排为支链烃和环烃,需要铂或铼催化剂,也称为铂重整,以提高产品的辛烷值。
烷基化是将烷基加到烃分子上以增加辛烷值。