Технически важные для органического синтеза насыщенные углеводороды можно разделить на следующие группы: низшие парафины (от С1 до С5), получаемые в индивидуальном виде; высшие парафины (примерно от С10 до С40), обычно представляющие собой жидкие или твердые смеси гомологов с разным числом углеродных атомов [1].
Низшие парафиновые углеводороды, их характеристика и использование в промышленности.
Парафиновые углеводороды от метана СН4_до_бутанов СН4 при обычных условиях являются газообразными веществами, пентаны С5Н12 — низкокипящие жидкости. Их свойства приведены в табл. 1. метан относится к трудно сжижаемым газам, но остальные газообразные парафины конденсируются уже при охлаждении водой под давлением. Существенно, что разница в температурах кипения бутана и изобутана,
Таблица 1. Свойства низших парафинов
| Парафин | Температура конденсации (или кипения), "С * | Критическая температура, -С | Критическое давление, МПа | Пределы взрывоопасных концентраций в смеси с воздухом, % (об.) |
| Метан Этан Пропан к-Бутан Изобутан Изопентан | -161,6 -88,6 —42,1 -0,5 -11.7 27,8 | -82,1 32,3 96,8 152,0 134,5 | 4,49 4,72 4,12 3,50 3,58 | 5,0—15,0 2,9-15,0 2,1—9,5 1,8-9,1 1,8—8,4 1,3—7,6 |
При атмосферном давлении.
атакже н-пентана и изопентана достаточно велика, и это позволяет разделять изомеры ректификацией.
Низшие парафины плохо растворяются в воде и полярных жидкостях (в низших спиртах, кетонах, альдегидах), но поглощаются другими углеводородами и твердыми адсорбентами (активным углем). Их способность сорбироваться возрастает с увеличением молекулярной массы парафина, что используют для разделения парафинов C1, C2, С3 и С4 абсорбцией и адсорбцией [1].
Низшие парафины образуют с воздухом взрывоопасные смеси, и поэтому все цеха, где производят или потребляют эти углеводороды, относятся к категории А. Токсичность низших парафинов не столь велика по сравнению с другими органическими соединениями но ее нельзя не учитывать: при постоянной работе в результате вдыхания газов или паров постепенно развиваются наркотические явления, которые могут иметь тяжелые последствия.
Из низших парафинов в качестве сырья для органического синтеза больше всего используют метан, н- и изобутан, изопентан. Значительно меньше применяют этан и особенно пропан.
Выделение низших парафинов
Главным источником низших парафинов являются природный и попутный газы, газ газоконденсатных месторождений, а также нефтезаводские газы от процессов переработки
Таблица 2. Состав углеводородных газов (в % об.)
| Газ | СН4 | с2н5 | с3н8 | С4Н10 | C5H12 | N2 и др. |
| Природный Газоконденсатных месторождений Попутный: после сепараторов после стабилизации | 70—97,5 75-95 35—90 1-5 | 0,1-8 3-9 4-20 5-15 | 0,1—4 1-3 3-30 20-30 | 0,01-1 0,5—1 2—13 30—40 | 0-0,3 0,5-1 1-4 15-25 | 1-15 1-4 0,5-11 |
нефтепродуктов в присутствии водорода (например, риформинг).
Природными называют газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Иногда они содержат большие количества диоксида углерода, азота, гелия. Для газоконденсатных месторождений обычно характерно высокое давление, и при его снижении происходит сепарация и выделяется газ и жидкий конденсат.
Попутными называют газы, выделяющиеся вместе с нефтью при ее добыче из нефтяных скважин. Часть этих газов отделяется в сепараторах, а другая остается растворенной в нефти и отделяется при ее стабилизации, т. е. отгонке летучих компонентов (газы стабилизации) [11].
Типичный состав разных газов представлен в табл. 2.
Природный газ выгодно использовать только как источник метана. К нему по составу близки газы газоконденсатных месторождений. Напротив, попутные газы являются наиболее ценными для получения парафинов С3—C5. Из углеводородов С4 в попутных газах преобладает н-бутан (3—5 объемов на 1 объем изобутана), а из C5 — н-пентан (1,5—4,0 объема на 1 объем изо-пентана).
Низшие парафины находят широкое применение в промышленности. На рис.1 представлена схема применения метана.
Рис. 1. Схема применения метана
Низшие парафины являются простым и достаточно дешевым топливом, сырьем для получения большого количества важнейших соединений. Представляют собой актуальную задачу по переработке. Часто применяются в реакциях алкилирования, окисления, галогенирования.