Номер 7, страница 142 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 18. Нефть. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 7, страница 142.

Условие.

7. В чём сходство и в чём различие термического и каталитического крекинга? Какой из них позволяет получать бензин более высокого качества?

Решение.

Решение 2.

Сходство термического и каталитического крекинга

Сходство этих двух процессов заключается в их общей цели и основном химическом принципе. И термический, и каталитический крекинг предназначены для переработки тяжелых остатков нефтеперегонки (например, мазута и гудрона) в более легкие и коммерчески ценные продукты, в первую очередь — в автомобильный бензин. Основой обоих процессов является расщепление (пиролиз) молекул углеводородов с длинной цепью на молекулы с более короткой цепью путем разрыва прочных углерод-углеродных связей ($C-C$).

Ответ: Сходство термического и каталитического крекинга заключается в их общей цели — получении бензина и других легких фракций из тяжелого углеводородного сырья, а также в основном химическом процессе — разрыве связей $C-C$ в молекулах углеводородов под действием высокой температуры.

Различие термического и каталитического крекинга

Несмотря на общую цель, процессы имеют ключевые различия, которые определяют их эффективность и качество получаемых продуктов.

• Условия проведения. Термический крекинг проводится при очень высоких температурах ($470-550$°C) и высоких давлениях ($2-7$ МПа). Каталитический крекинг, как следует из названия, использует катализаторы (чаще всего алюмосиликаты, цеолиты), что позволяет проводить процесс при сравнимой или даже более низкой температуре ($450-520$°C), но при значительно более низком давлении, близком к атмосферному ($0.15-0.2$ МПа).
• Механизм реакции. Термический крекинг протекает по неселективному свободно-радикальному механизму, что приводит к образованию большого количества непредельных углеводородов (алкенов). Каталитический крекинг протекает по ионному (карбокатионному) механизму на кислотных центрах катализатора. Этот механизм более управляем и способствует протеканию реакций изомеризации (образованию разветвленных углеводородов).
• Состав и качество продуктов. Различия в механизмах напрямую влияют на продукты. Бензин термического крекинга имеет низкое октановое число ($65-70$) и химически нестабилен из-за высокого содержания алкенов. Бензин каталитического крекинга содержит много изоалканов и ароматических углеводородов, что обеспечивает ему высокое октановое число ($80-92$ и выше). Он также более стабилен при хранении.

Ответ: Главные различия заключаются в использовании катализатора, условиях процесса (температура и особенно давление), механизме реакции (свободно-радикальный против ионного) и, как следствие, в составе и качестве получаемого бензина.

Какой из них позволяет получать бензин более высокого качества?

Каталитический крекинг позволяет получать бензин значительно более высокого качества. Качество автомобильного бензина характеризуется в первую очередь его детонационной стойкостью, которую выражают октановым числом.

Бензин, полученный методом каталитического крекинга, имеет высокое октановое число ($80-92$) благодаря тому, что в ходе процесса образуются углеводороды с разветвленным строением (изомеры) и ароматические углеводороды, которые обладают высокой антидетонационной способностью. В то же время бензин термического крекинга состоит в основном из углеводородов нормального (линейного) строения и непредельных углеводородов, что обуславливает его низкое октановое число ($65-70$) и низкую стабильность.

Ответ: Каталитический крекинг позволяет получать бензин более высокого качества, так как он имеет более высокое октановое число и большую химическую стабильность.