Катализаторда алкенді протондау

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

КІРІСПЕ

Бірнеше төменмолекулалық қосылыстар молекулаларының қосылу жолымен жанама өнімдер бөлмей жүретін жоғарымолекулалық заттар түзу реакциясын полимерлеу дейді. Полимерлеу реакциясына молекуласында қанықпаған байланыстары бар, мысалы, алкендер мен алкадиендер, түсуі мүмкін. Полимерлеудің молекулалық массасы салыстырмалы жоғары емес сұйық өнімдер алумен жүретін шектелген реакциясын олигомерлеу, ал түзілуші қосылыстарды олигомерлер дейді. Мұнай өңдеу өндірісінде пропилен мен бутиленнің олигомерлеу реакциялары көп тараған. Бұл реакциялар автомобил бензинінің жоғары октанды компоненттерін , майларға присадкалар өндіру және жасанды жуғыш заттарт шикі затын алуда пайдаланады. Полимерлеу процесі мұнай өңдеу өнеркәсібінде негізінен пропиленді және бутиленді негізінен басты мәселемен октан саны шамамен 80 ди-, три- және тетрамерлер қоспалары болып келетін полимер бензинге біріктірп өңдеуде қолданылады. Бутиленді полимерлеумен және (изо С8Н16) димерді әрі қарай гидрлеумен техникалық изооктанды өндіреді, ол октан санын көтеру үшін бензиннің компоненті ретінде қолданылады. Полиизобутиленді майларды қоюлатушы ретінде және жасанды каучуктер өндірісінде қолданады. Жуғыш заттарды алуға арналған шикізат ретінде қолданылатын три- және тетрамерді пропиленді полимерлеу арқылы алады.
Процесті термиялық және термокаталитикалық жолмен жүзеге асырады.
Термиялық полимерлеуді 480-550[0]С және 10,0-13,5 МПа қысымда өткізеді. Оның кемшілігі - төмен иалғамдылығы және түзілетін өнімдердің крекингтелуі. Термиялық тәсілді С2-С3 алкендерді полимерлеуде қолданады.
Каталитикалық полимерлеуді 160-250[0]С және 2,5-8,0 МПа қысымда өткізеді. Катализаторларды негізінен фосфор қышқылы негізінде даярлайды. Процесс талғамды болады, крекинг байқалмайды.
500-550 К жоғары емес температурада алкендердің полимерленуі термодинамикалық мүмкін (Гиббс бос энергиясының мәні теріс).
Реакция экзотермиялық. Полимерленген олефиннің жылу эффектісінің шамасы 71+-8 кДжмоль. Қысымның жоғарлыауымен және температураның төмендеуімен полемерлеудің тепе - теңдік дәрежесі артады.
Каталитикалық полимерлеу келесі сатылардан тұратын (пропилен мысалында) карбатион механизомы бойынша жүреді.
1) Катализаторда алкенді протондау:
+
СН2 = СНСН3 +НА-- (СН3СНСН3) А[-]
2) PI - байланысы бойынша түзілген ионның алкен молекуласына қосылуы:
+ +
СН3СНСН3 + СН2= СНСН3-- СН3СН(СН3)СН2СНСН3
Гексил ионы ретімен алкеннің С9 және С12 иондарын түзуімен қатар бірнеше малекуласын ары қарай қоса алады.
3)Иондардың изомерленуі - екіншілікті карбкатиондар ең тұрақты үшіншіліктіге айналады.
С9 және С12 иондары да солай изомерленуге ұшырайды, бірақ олар кейін жеңіл ыдырайды. С9 және С12 иондардың ыдырауы көміртек атомдары саны үшке еселі емес өнімдерді түзуге әкеледі.
4) Реакция карбкатионнани катализаторға немесе алғашқы алкенге протонды берумен аяқталады, сонымен қатар алғашқы алкеннен карбкатионнан гидрид-ионын үзуі мүмкін. Соңғы жағдайда алкенил ионы түзіледі, оның әрі қарай айналысы катализатордың бетімен берік байланысқан жоғары қанықпаған өнімдерді түзуіне әкеледі.

1 ШИКІЗАТҚА, ДАЙЫН ӨНІМГЕ ЖӘНЕ ҚОСЫМША МАТЕРИАЛҒА СИПАТТАМА

Олигомерлеу қондырғыларында шикі заты болып пропан-пропилен және бутан - бутилен фракциялары қолданылады. Бұл фракциялар Қарашығанақ кен орнының мұнайынан алынады. Батыс Қазақстан облысының Бөрлі ауданы жерінде, Орал қаласынан шығысқа қарай 150 км жерде орналасқан Қазақстандағы ірі мұнай-газ кен орны. Елде өндірілетін барлық газдың 45% және мұнайдың 16% құрайды. 2013 жылы КПО 136 миллион баррель мұнай эквивалентін өндірді. 1979 жылы ашылған. Көтерілім құрылғының биіктігі 1700 м, аумағы 16x29 км. Кен шоғыры мұнайлы, газды, конденсатты. Газконденсатты бөлігінің биіктігі 1420 м, мұнай қабатының қуаты 200 м. Биогермдік және биоморфты-детриттіәктас, доломит, т. б. әр түрлі ауыспалы жыныстары өнімді деп саналады. Коллекторлары кеуекті, кеуекті-ұралы типті. Кеуектілігінің орташа шамасы мұнайда 9,4%, газконденсат бөлігінде 10,7%. Газға қаныкқан резервуарлық бөлігінің орташа өткізгіштігі 0,08 мкм[2], мұнайға қаныққан бөлігінікі 0,05 мкм[2]. Газға қаныққан коллекторының орташа пайдалы қалыңдығы 200 м, қаныққан мұнайдыкі - 45,7 м. Пермьдік бөлігінің газбен қаныққан коллекторы 0,90, тас көмір бөлігінікі 0,89. Мұнайға қаныққан коэффициенті 0,92-ге тең. Кен орнының мұнайлы бөлігін қасиетіне қарап оңтүстік-батыс және солтүстік-шығыс деп бөледі. Оңтүстік-батысының мұнайы ауыр (орташа тығыздық 861 кгм[3]). Ондағы газдың орташа мөлшері 520 м[3]м. Солтүстік-шығыс алаңындағы мұнай жеңіл (орташа тығыздық 830 кгм[3]). Мұнда газдың құрам мөлшері 900 м[3]-ге жетеді. Конденсаттың тығыздығы 778-ден 814 кгм[3].
Пропан - пропилен фракциясын олигомерлеуді екі бағытта жүргізеді:
1) Мақсатты өнімесебінде полимербензин алумен;
2) Пропиленнен мұнай-химия өндірісіне шикі зат алумен - тримерлер (С9 фракциясын) және тетрмерлер (С12фракциясын).
Дайын өнім - полимербензин. Полимербензиннің октан саны 80 -85 тең.
Полимербензин құрамында 93-95 % алкендар болады, олар октан саны жоғары және химиялық тұрақтылығы төмен. Бутан-бутилен фракциясын полимерлеп изооктилен алады, оны одан әрі гидрлеп техникалық изооктанға (2,2,4-үшметилпентанға) айналдырады.
Қосымша материал ретінде катализатор пайдаланылады. Катализатор есебінде пропиленді және бутиленді олигомерлеу қондырғыларында:
1) Қатты фосфор қышқылы деп аталатын ұнтақ қызылгурды ортофосфор қышқылымен жұтқызған және құрамында 59-62 %бос Р2О5 бар затты;
2) Кварц құрамына сұйық фосфор қышқылын отырғызғанды қолданады.

2 ПРОЦЕСТІҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ СХЕМАСЫ МЕН ЖОБАЛАНАТЫН АППАРАТТЫ СИПАТТАУ

Шикі зат 2 жылуалмастырғыш, 3 қыздырғыш арқылы катализатормен толтырылған бірнеше секциялардан тұратын 4 реакторға беріледі. Реакция өнімдері 4 реактордан 2 жылуалмастырғыш және 20 тоңазытқыш арқылы 8 депропанизаторға бағытталады, оның жоғарғы өнімі жұмсалған пропан-пропилен фракциясы болады. Бұл фракцияның аз бөлігі 4 реакторда суытқыш есебінде, ал балансты бөлігі қондырғыдан шығарылады. 6 колоннаның төменгі өнімі полимеризат болады, оны егер қондырғы автобензин шығару мақсатында істесе, қондырғыдан шығарады. Мұнай-химия шикі затын алу керек болғанда полимеризатты 12 және 16 колонналарда тар фракцияларға бөледі: екіөлшем, үшөлшем және төртөлшемге.
Процесс температурасы тіптен төмен болмау керек, себебі 1300С полиерлеу орнына фосфор қышқылы эфирлері түзілу реакциясы орын алады.
Температураны шектен тыс көтеру полимер карбкатиондардың ыдырауына, тағы да қабысу полимерлеу реакцияларының жүруіне алып келіп соғады, нәтижесінде алкендермен бірге алкадиендер түзіледі. Алкадиендердің полимерленуі катализатордың активтігін жоғалтады. Оптималды температура 160-тан 2300С дейін есептелінеді.
Қысым көтеру сұйық фазада олигомерлеу өнімдерін ұстауға жәрдемдеседі. Өндірістік жағдайда қысым 6-8 МПа құрайды.
Пропан-пропилен фракциясын полимерлеу қондырғысының негізгі аппараты болып реактор таңдалды. Полимерлеу реакторы - жылуалмастырғыш типтес тік аппарат. Реакторыдың құбырлары катализатормаен толтырылған, ал құбыр арасындағы арағашықтығында булы конденсат беріледі. Аппараттың ішінде 50 мм диаметрлі 188 құбыр орналасқан. Реактор екі жағынан (жоғары және төмен) қақпақтармен жабдықталған.
Пропан-пропилен фракциясы реактордың жоғары жағынан түсіп асты жағынан шығарылады, ал булы конденсат, керісінше, реактордың төмен жағынан беріліп, жоғары жағынан шығарылады. Катализатордың жоғалмауы үшін және оның шашылмауы үшін реактордың төменгі жағында 12 мм диаметрлі 300 тесігі бар шахмат түрінде орналасқан тормен және сеткамен жабдықталған.

3 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
3.1 Процестің материалдық балансы

Қондырғының материалдық балансы 1 кестеде көрсетілген.
Кесте 1
Кірісі:
%
тжыл
Кгсағ
Кгс
Пропан - пропилен фракциясы
100
800 000
92 592,6
25,7
Барлығы:
100
800 000
92 592,6
25,7
Шығысы:
%
тжыл
Кгсағ
Кгс
Жұмыс істеп болған пропан - пропилен фракциясы, оның ішінде
- пропилен
- пропан
64,2

8,7
55,5
513 600

69 600
444 000
59 444,4

8055,5
51 388,9
16,5

2,2
14,3
Тұрақтандырылған полимеризат,
Оның ішінде
-Фракции
б.қ.-205[0]С
- қалдығы 205[0]С жоғары
34,8

31,2

3,6

278 400

249 600

28 800
32 222,2

28 888,9

3 333,3
8,9

8,0

0,9
Жоғалуы:
1,0
8000
925,9
0,2
Барлығы:
100
800 000
92 592,6
25,7

3.2 Аппараттың материалдық балансы

Өндірістік полимербензиннің 7,84 * 106 Па қысымында алынатын айдау нәтижелерін анықтама әдебиеттердан тауып. Кестеге келтіреміз (кесте 2).есте 2міз ()биеттердан тауып? 1 кестеде көрсетілген
Кесте 2
Қайнауы,көлемдік %
Б.қ.
10
30
50
70
90
К.к
Температура, К
335
364
396
408
428
487
518

Полимербензиннің орташа қайнау температурасын табамыз:
Тср.=(Тн.к.+Т10+Т30+Т50+Т70+Т90+Тк. к)7=(335+364+396+408+428+487+518) 7=
=419К=146[0]С.
Воинов формуласы арқылы полимербензиннің молекулярлық массасын табамыз:
Мп.б.=52,63-0,246Тср.i+0.001T[2]ср№ i52,63-0,246*419+0,001*419[2]=225,9 31
2 кестеге байланысты реакторға түсетін шикізаттың құрамын және санын анықтауға болады. Өнімдердің санын және құрамын білу үшін, олефиндердің айналу тереңдігін білу қажет. Өндірістік реакторларды есептеген кезде тәжірибелік нәтижелерді қолдану қажет.
(в масс. %()евращения отдельных компоненио литературным данным, при полимеризации смеси углеводородов глубина превращения отдельных компо):
Изопропилен________________________ ___________100
Нормальді пропилен___________________________ 90-100
Полимерлеудің материалдық балансы 3 кестеде келтірілген.
Кесте 3
Компоненттер
Молекулярлық
масса Мi
Кіріс

Сi, масс. %
саны
С[]I,мол. %

Кгсағ
Кмольсағ

C2H6
30
1,9
516,78
57,8
2,7
Изо-С3Н6
42
10,7
2910,31
232,6
10,9
Н-С3Н6
42
24,5
6663,77
532,7
25,2

3 кестенің жалғасы
С3Н8

61,9
16836,22
128,48
60,5
С4Н10
58
1,0
271,99
15,7
0,7
Полимербензин
109
-
-
-
-
Қосындысы
-
100,0

27199,07
2123,6
100,0

Компоненттер
Айналу тереңдігі, масс. %
Шығыс

саны
Хi, масс. %
Хi[], моль. %

Кгсағ
Кмольсағ

C2H6
-
516,78
57,8
1,9
2,96
Изо-С3Н6
100
-
-
-
-
Н-С3Н6
95
337,27
265,9
1,24
1,51
С3Н8
-
16836,22
532,7
61,9
73,27
С4Н10
-
271,99
15,7
1,0
0,96
Полимербензин
-
9236,80
292,2
33,96
21,30
Қосындысы
-
27199,07
1164,3
100
100

3.3 Аппараттың жылулық балансы

Жылулық баланстың жалпы формуласы:
Q1+Qp= Q2+Qп+ Qо
Формуланың сол жағы жылудың кіруіне сәйкес (в Квт): Q1 - шикізатпен; Qp - полимербензиннің пайда болған кезінде.
Формуланың оң жағы жылудың шығуына байланысты (в Квт): Q2 - дайын өнімдермен бірге; Qп - қоршаған ортаға жылудың жоғалуы; Qо - салқын агентпенен.

Бұл формуламен энтальпияны анықтаймыз:
qТ= qпТ- q
мұндағы qТ - потоктың энтальпиясы 7,84*106 Па қысымда, кДжкг; qпТ - атмосфералық қысымдағы потоктың энтальпиясы, кДжкг; q - бу энтальпиясына қосынды, кДжкг.
Әшейінде реактордан шығардағы температура реакторға кірердегі температурадан 8-10 К жоғары. Біздің есебімізде бұл температура 9 К деп қабылдаймыз. Онда реактордан шығардағы өнімдердің температурасы Т[]1=493+9=502 К.
Атмосфералық қысымдағы және оның температурасындағы потоктың энтальпиясын табу үшін, сол потоктың 288 К температурасындағы салыстырмалы тығыздығын табу қажет. Салыстырмалы тығыздықты анықтама әдебиеттерден табуға болады. Бірақ бұл үшін шикі заттың және реакция өнімдерінің молекулярлық массасын білу керек.
Анықтама кесте арқылы шикі заттың және реакция өнімдердің молекулярлық массаларын табамыз.
Шикі зат:
Мш= Мic[]i= 30*0.027+42*0.109+42*0.252+44*0.604 +58*0.007=43
Реакция өнімдері:
Mx= Мixi[]= 30*0,0296+42*0,0151+44*0,7327+58*0, 0096+109*0,213=58
Молекулярлық массаны тапқан соң Мс = 43, Мамедов формуласы арқылы салыстырмалы тығыздықты табуға болады:
ρ2020 = (0,590М-6,479)(0,693+7,581)
ρ420 = ρ1515 +5 α
Здесь α-орташа температуралық қосынды, келесі формула бойынша есептеледі:
α =0,001828+0,00132 ρ293277
Сондықтан
1) М с=43, ρ283288=0,518

2) M x =58,0 ρ288288=0,594
3) М п.б.=109, ρ288238=0,696
∆q =4,187ТФМ
Мұндағы Т - поток температурасы, К; Ф- коэффициент, график арқылы табылады; М - потоктың орташа молекулярлық массасы.
Реакция өнімдерінің және шикі заттың келтірілген температуралары:
Тг=Т[]1Ткр.
Шикі зат үшін Т[]1=493 К; реакция өнімдері үшін Тг и Ткр. - шикі заттың және реакция өнімдерінің критикалық температуралары.
Шикі заттың және реакция өнімдерінің критикалық температураларын келесі формула бойынша анықтаймыз:
Ткр. = 355,1+0,97а-0,00049а[2]
а=(1,8Тs-359) ρ
Мұндағы Тs - шикі заттың және реакция өнімдерінің орташа молекулярлық температурасы, К; ρ =0,580 - шикі зат үшін, ρ = 0,618 - дайын өнімдер үшін және ρ420=0,700 - полимербензин үшін.
Шикі зат және дайын өнімдер үшін орташа молекулярлық температурасын аддитивность ереже бойынша табамыз:
Тs = ∑ Тi x[]i
Мұндағы Тi - i - компонентінің қайнау температурасы, К; x[]i - бұл компоненттің мольдік үлесі.
Бұл теңдеудің есептерін кесте 4 келтіреміз. Сонда шикі заттың орташа молекулярлық температурасы -272,18 К тең, ал дайын өнімдердің орташа молекулярлық температурасы +296,9 ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.