碳氢化合物的主要来源是天然气(natural gas)和石油(petroleum)。尽管各地的天然气组分不同,但几乎都含有75%的甲烷、15%的乙烷及5%的丙烷,其余的为较高级的烷烃。而含烷烃种类最多的是石油,石油中含有1至50个碳原子的链形烷烃及一些环状烷烃,而以环戊烷、环己烷及其衍生物为主,个别产地的石油中还含有芳香烃。我国各地产 的石油,成分也不相同,但可根据需要,把它们分馏成不同的馏分加以应用。烷烃不仅是燃料的重要来源,而且也是现代化学工业的原料。另外,烷烃还可以作为某些细菌的食物,细菌食用烷烃后,分泌出许多很有用的化合物,也就是说烷烃经过细菌的“加工”后,可成为更有用的化合物。
上述情况表明,石油工业的发展对于国民经济以及有机化学的发展都非常重要。
石油虽含有丰富的各种烷烃,但这是个复杂混合物,除了 C1~C6烷烃外,由于其中各组分的相对分子质量差别小,沸点相近,要完全分离成极纯的烷烃,较为困难。采用气相色谱法, 虽可有效地予以分离,但这只适用于研究,而不能用于大量生产。因此在使用上,只把石油分离成几种馏分来应用,石油分析中有时需要纯的烷烃作基准物,可以通过合成的方法制备。
馏分 |
分馏区间 |
主要成分 |
燃料的应用 |
---|---|---|---|
燃气 |
bp 20℃以下 |
C1~C4 |
炼油厂燃料,液化石油气 |
汽油 |
bp 30℃~75℃ |
C4~C8 |
辛烷值较低,用作车用汽油的掺和组分 |
石脑油 |
bp 75℃~190℃ |
C8~C12 |
辛烷值太低,不直接用作车用汽油 |
煤油 |
bp 190℃~250℃ |
C10~C16 |
家用燃料,喷气燃料,拖拉机燃料 |
瓦斯油 |
bp 250℃~350℃ |
C15~C20 |
柴油,集中取暖用燃料 |
常压渣油 |
bp 350℃以上 |
C20以上 |
发电厂、船舶和大型加热设备用的燃料 |
汽油(petrol)在内燃机中燃烧而发生爆燃或爆震,这会降低发动机的功率并会损伤发动机。燃料引起爆震的倾向,用辛烷值(octane value)表示,在汽油燃烧范围内,将2,2,4-三甲基戊烷的辛烷值定为100。辛烷值越高,防止发生爆震的能力越强。六个碳以上的直链烷烃辛烷值很低,带支链的、不饱和的脂环、特别是芳环最为理想,有的超过100。大部分现代化的设备要求辛烷值在90~100之间。可将石脑油、常压渣油,有时也用瓦斯油经过加工,将辛烷值提髙到95左右,再掺入汽油中使用。加工方法之一是催化重整(catalytic reforming),主要将石脑油中C6以上成分芳构化(aromatization),即成芳香烃。此法除使石脑油提高辛烷值外,在化工中主要用来生产芳香烃加工方法之二为催化裂化,此法除能提高辛烷值外,在化工中主要用于生产丙烯、丁烯。