Реферат на тему:
Каталітичні процеси переробки нафти
Каталітичні процеси відрізняються від термічних тим, що пара нафтової
сировини пропускається над каталізатором, що прискорює і направляє хід
реакцій убік утворення найбільш необхідних продуктів при більш м’яких
умовах.
При каталітичному крекінгу, у якому всі процеси перетворення вуглеводнів
нафти протікають в умовах гетерогенного каталізу, отримують продукти,
різко відмінні за складом від продуктів термічного крекінгу і піролізу.
Каталізатори, застосовувані в нафтопереробці, підрозділяють на метали
(Ni, Pt, Pd), напівпровідники (Zn, Cr2O3, WS2, МоО2),
ізолятор-алюмосилікатні каталізатори( Al2O3). Як каталізатори для
крекінгу застосовують або алюмосилікати (природні глини), оброблені і
збагачені присадками оксидів різних металів (Ni, С, Сu, Мn і ін.), або
спеціальні синтетичні маси на алюмосилікатній основі, так звані цеоліти
і цеолітові системи. Сьогодні використовується близько 150 видів
цеолітів, що дозволило залучити до переробки нові види сировини.
Головною задачею каталітичного крекінгу, як і термічного, є розщеплення
високомолекулярних вуглеводнів. При температурах 200-300°С переважають
реакції деполімеризації, а при 300°С і вище починається власне
каталітичний крекінг.
При каталітичному крекінгу легше всього крекінгуються олефіни, потім
алкіловані арени і нафтени, а алкани найбільш стійкі, у той час як при
термічному крекінгу цей ряд складають алкани, нафтени й арени.
Головні перетворення вуглеводнів при каталітичному крекінгу зводяться до
наступного.
1. Алкани. Як і при термічному крекінгу, при каталітичному крекінгу
відбувається розщеплення їхніх молекул на алкани меншої молекулярної
маси й олефіни, однак швидкість крекінгу алканів у цьому випадку в 40-60
разів більше при тій самій температурі, рідкі продукти їхнього
каталітичного крекінгу мають переважно ізобудову, газоподібні продукти
складаються з вуглеводнів C3 і С4 (пропілен, пропан, ізобутилен,
ізобутан). Ізоалкани крекінгуються з більшою швидкістю, ніж нормальні
алкани.
2. При каталітичному крекінгу олефінів головним є розкладання, що
супроводжується процесами перерозподілу водню. У продуктах їхнього
крекінгу виявлена велика кількість ізоалканів і аренів, а також коксу
(від 0 до 14 %). Швидкість крекінгу в 1000-8000 разів більша, ніж при
термічному крекінгу.
3. Нафтени в умовах каталітичного крекінгу дегідрують в арени,
ізомеризуються чи розпадаються з розривом кільця по С-С – зв’язку.
Каталітичний крекінг їх протікає в 1000 разів швидше, ніж термічний.
4. Голоядерні арени (бензол, нафталін) а умовах каталітичного крекінгу
практично не змінюються, крекінг толуолу незначний. Вищі алкіли-бензоли
крекінгуються легко і більш швидко, ніж при термічному крекінгу.
Розщеплюється не b-, а a-зв’язок С-С бічного ланцюга, крім того
відбувається ізомеризація за рахунок переміщення бічних ланцюгів по
кільцю. Багатоядерні арени дають великий вихід коксу через високу
схильність до конденсації.
У присутності алюмосилікатів розщеплення вуглеводнів починається при
300-350 °С, а найбільш інтенсивно протікає при 450-480 °С (не вище
510°С). Каталітичний крекінг проводиться при атмосферному чи невеликому
(0,2-0,3 МПа) тиску.
Продуктами каталітичного крекінгу є бензин, газойль, газ і кокс.
Найкращий крекінг-бензин виходить при переробці нафтенової сировини. При
переробці алканів вони мають найбільш низьку якість, а із сировини, що
містить багато аренів, одержання продуктів ускладнене інтенсивним
коксоутворенням. У середньому за один цикл при каталітичному крекінгу
газойля прямого перегону одержують (% мас.) крекінг-бензину – 40-45,
крекінг-газойлю – 40-45, газу – 10-25 і коксу – 5. При однаковій
вихідній сировині бензин каталітичного крекінгу відрізняється значно
меншим вмістом ненасичених і великим вмістом нафтенів і аренів. Він
характеризується досить високою хімічною стійкістю і високим октановим
числом (78-82).
Крекінг-газойль містить багато алканів і аренів і не піддається
повторному каталітичному крекінгу через схильність до коксування, хоча є
задовільною сировиною для термічного крекінгу.
Гази каталітичного крекінгу містять понад 40 % ізобутану, що є сировиною
для одержання алкілату – високооктанового компонента авіабензину.
Для термокаталітичної переробки нафти широко застосовуються процеси, що
проходять під тиском водню, оскільки при цьому досягається більший вихід
світлих нафтопродуктів, зменшується коксоутворення і різко знижується
отруєння каталізатора, тому що водень гідрує адсорбовані на ньому
олефіни і перешкоджає як їхньому ущільненню, так і конденсації
ароматичних вуглеводнів, що приводить до коксоутворення, гідруванням
руйнуються небажані в нафтопродуктах сірчисті сполуки і різні
гетерокомпоненти з перетворенням їх у вуглеводні і найпростіші сполуки
— H2O, H2S, NH3.
Основні процеси, що протікають під тиском водню – це гідрокрекінг,
гідроочищення, гідродеалкілювання і реформінг. Найбільше поширення ці
процеси одержали останнім часом у зв’язку з видобутком великої кількості
сірчистих важких нафт, при одночасно зростаючому попиті на
високооктановий бензин і ароматичні вуглеводні для нафтохімії.
Гідрогенізаційний крекінг (деструктивна гідрогенізація) дозволяє
одержувати значну кількість легких продуктів при використанні як
сировини важких нафтових дистилятів, важких нафт, нафтових
залишків-малоцінних мазутів. При цьому процесі одержують бензин,
дизельне і котлове паливо. Процес протікає в одну чи в дві стадії (у
випадку важкої сировини).
Двостадійний процес включає рідиннофазну гідрогенізацію (температура
420-500 °С, тиск 3-10 МПа, каталізатор – суспензія оксиду заліза (III)),
у результаті якої одержують у невеликих кількостях газ і бензин, а в
основному – широку фракцію (200-350 °С), що служить сировиною для
другого етапу – парафазної гідрогенізації.
Парафазна гідрогенізація (температура 380-420 °С, тиск до 10 МПа,
каталізатори – сульфіди й оксиди металів, а також Pt, Pd на
алюмосилікатах) дозволяє одержувати бензин, гас, газойль і газ, що
включає головним чином залишковий водень, якого витрачається 1-3 %.
Бензин гідрогенізації з напівгудрону грозненської нафти складається в
основному з алканів (47-70 %), нафтенів (26-36 %), аренів (3-10 %) і
невеликої кількості олефінів і має октанове число менше 70.
Гідродеалкілювання застосовують для одержання бензолу і нафталіну з
нафтових алкілбензолів і алкілнафталінів. Процес проводять при
температурі 620-650 °С и тиску 6,5-10 МПа. Каталізатори: Pt/Al2O3,
Mo3/Al2O3, Cu2O3/Al2O3.
Гідроочищення застосовується для десульфурації нафтових фракцій і їхньої
стабілізації (зниження неграничних). Це головним чином широкі фракції,
використовувані для каталітичного крекінгу і платформінгу, а також
масляні фракції низької якості, після легкого гідрування яких можуть
бути отримані високоякісні мастила. Ціль процесу – видалення з нафтових
фракцій, що містять сірчисті й азотисті сполуки, небажаних компонентів,
що можуть або отруювати каталізатори, або погіршувати якість товарних
нафтопродуктів. Як каталізатори застосовують оксиди або сульфіди нікелю,
кобальту, молібдену. Температура процесу – 380-420 °С, тиск – 3-7 МПа.
Каталітичний реформінг – це процес перетворення низькооктанових бензинів
з метою підвищення їх октанового числа або одержання аренів для хімічної
переробки.
Для одержання високооктанового бензину як сировину застосовують фракцію
80-180 °С і одержують бензин з октановим числом 80-86. Ароматичні
вуглеводні одержують з вузьких фракцій: до 85 °С (бензол), 85-110 °С
(толуол) і 110-140 °С (ксилоли).
Усі процеси реформінгу підрозділяють на гідроформінг і платформінг.
Гідроформінг проводять з каталізаторами-осидами молібдену, кобальту,
хрому і їх сумішей при температурі 480-550 °С і тиску водню 1-2 МПа.
Платформінг проводять в присутності платини, нанесеної на оксид алюмінію
(0,3-0,7 %), активованої HF чи HCl, при 470-540 °С и тиску водню 1,5-5
МПа. Як носій застосовують також алюмосилікати і цеоліти, а як
каталізатори – платино-ренієві комплекси.
У процесі платформінгу відбувається в основному перетворення алканів і
нафтенів в арени за рахунок дегідрування шістиланкових нафтенів,
ізомеризації циклопентанів у циклогексани з наступним дегідруванням
останніх (дегідроізомерізація), дегідроциклізація алканів (каталітична
ароматизація).
ЛІТЕРАТУРA
Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.
Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.
Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.
Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.
Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.
Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.
Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.
Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.
Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.
Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.
Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
