Номер 3, страница 49 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. Каковы основные источники промышленного получения этилено-вых углеводородов?

Основными промышленными источниками этиленовых углеводородов (алкенов), таких как этилен и пропилен, являются природный газ и нефть. Существует несколько ключевых процессов их получения.

Пиролиз (паровой крекинг) углеводородного сырья

Это главный промышленный метод получения низших алкенов. Процесс представляет собой термическое разложение насыщенных углеводородов при высокой температуре ($750–900^\circ\text{C}$) и низком давлении в присутствии водяного пара. Водяной пар снижает парциальное давление углеводородов, что термодинамически благоприятствует образованию алкенов, а также препятствует образованию кокса на стенках реактора.

В качестве сырья для пиролиза используют различные углеводородные фракции в зависимости от их доступности и стоимости в регионе:

• Газовое сырье: этан, пропан, бутан, выделяемые из природного и попутных нефтяных газов. Пиролиз этана дает наибольший выход этилена.
• Жидкое сырье: прямогонные бензиновые фракции (нафта), керосино-газойлевые фракции и даже в некоторых случаях сырая нефть.

В ходе пиролиза происходит разрыв связей $C-C$ и $C-H$ с образованием смеси продуктов. Основные реакции:

Пиролиз этана: $C_2H_6 \xrightarrow{t} C_2H_4 + H_2$

Пиролиз пропана: $C_3H_8 \xrightarrow{t} C_2H_4 + CH_4$ (основное направление) и $C_3H_8 \xrightarrow{t} C_3H_6 + H_2$

Каталитический крекинг нефтяных фракций

Основное назначение этого процесса — производство компонентов высокооктанового бензина из тяжелых нефтяных фракций (газойля). Однако в качестве ценных побочных продуктов образуются значительные количества алкенов, в первую очередь пропилена и бутиленов. Процесс проводят при более низких температурах ($500–550^\circ\text{C}$), чем пиролиз, и в присутствии кислотных катализаторов (например, цеолитов). Выход этилена при каталитическом крекинге невелик.

Каталитическое дегидрирование низших алканов

Это целевой процесс получения конкретного алкена из соответствующего алкана путем отщепления молекулы водорода. Метод используется для производства пропилена из пропана и бутиленов из бутанов.

Реакция является обратимой и эндотермической, поэтому для смещения равновесия в сторону продуктов процесс ведут при высокой температуре ($550–650^\circ\text{C}$), низком давлении и с использованием катализаторов (чаще всего на основе оксида хрома(III) или платины).

Пример реакции дегидрирования пропана:

$CH_3-CH_2-CH_3 \rightleftharpoons CH_2=CH-CH_3 + H_2$

Выделение из газов нефтепереработки и коксования

Алкены являются компонентами газов, образующихся в ходе различных процессов переработки нефти (крекинг, риформинг). Также исторически важным, но в настоящее время второстепенным источником является коксовый газ, получаемый при коксовании каменного угля, который содержит до $2-4\%$ этилена.

Ответ: Основными источниками для промышленного получения этиленовых углеводородов служат природный газ и нефть. Ключевые промышленные методы: пиролиз (паровой крекинг) углеводородного сырья (этана, пропана, нафты), который является главным способом получения этилена и пропилена; каталитический крекинг нефтяных фракций как источник преимущественно пропилена и бутиленов; и каталитическое дегидрирование низших алканов (пропана, бутанов) для целевого получения соответствующих алкенов.