Каталитикалық крекинг химизімі

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 25 бет
Таңдаулыға:

М.ӨТЕМІСОВ АТЫНДАҒЫ БАТЫС ҚАЗАҚСТАН УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ- ГЕОГРАФИЯ ФАКУЛЬТЕТІ

Химия кафедрасы

Көмірсутек шикізаттарын өңдеу технологиясы пәнінен

КУРСТЫҚ ЖОБА

Тақырыбы: Өнімділігі 3,5 млн тжыл алюмосиликатты катализаторлы каталитикалық крекинг қондырғысын жобалау. Катализатордың қозғаушы қабатында жүретін процестің реакторын есептеу

Орындаған: ХТ-31 топ студенті Камешов Т.Е.

Жоба жетекшісі: аға оқытушы Абдрахманова А.Г.

Орал, 2022 жыл
МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ
3
1
Әдеби шолу
5
1.1
Каталитикалық крекинг химизімі
5
1.2
Дайын өнім, реагенттер және шикізат сипаттамасы
8
1.3
Крекинг катализаторы

2
Технологиялық бөлім
14
2.1
Каталитикалық крекингтің өндірістік қондырғылары
14
2.2
Процестің материалдық балансы
21
2.3
Аппараттың материалдық балансы
21
2.4
Каталитикалық крекинг қондырғысы реакторының өлшемдерін есептеу
21
ҚОРЫТЫНДЫ
26
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
27
ҚОСЫМШАЛАР
18

КІРІСПЕ

Мұнай мен газ шикізатын өңдеудің химиялық технологиясының негізгі мақсаты оларды жоғары температура мен катализатор әсерімен өзгерту болып саналады. Процестердің барлығын, мұнайды бөлудің алғашқы өңдеу процестерінен және басқа физикалық әдістерден айыру үшін, екінші немесе қайта өңдеу процестері дейді.
Каталитакалық крекинг 2-ші дүние жүзі соғысы кезінде көрнекті рөл атқарды, процестің бинзинінің негізінде ұшақ бинзинін өндіру жолға қойылды. Қондырғылардың кейбіреулері шығатын газ құрамында бутиленді көп алу рижемінде жұмыс істеп бутандиен каучугін алуға пайдаланды. Соғыстан кейін ұшақ бинзиніне сұраныс азайып, киросин газойл фракцисына өсті, каталитикалық қондырғыларын негізінен ауырланған газойлдерге ауыстырып, жоғары октанды автомобиль бинзинін шығара бастады. Цеолитті катализатордың қозғалушы қабатымен істейтұғын қондырғылар кең қолданыс табуда, процесті бензин шығымына есептегенде тез жетілдіруге мүмкіндік берді.
Мұнай көмірсутектерінің тәжірибелік маңызы бар химиялық ауысулардың көбісі катализаторлардың қатысуымен жүреді. Катализаторлар химиялық реакциялардың активтеу энергиясын төмендетіп, нәтижесінде олардың жылдамдығын өсіреді. Катализдің жалпы мәні мен мәнісі осында. Реакцияларды катализатордың қатысуымен жүргізу, сонымен қатар, процестің температурасын күрт төмендетуге мүмкіндік береді. Жылу эффектісі оң реакциялар үшін бұл өте маңызды, себебі термодинамикалық көзқарас бойынша, жоғары температура оларға кері әсер етеді.
Катализатордың кез келген түрі бастапқы реагенттермен активті түрде әрекеттеседі, бірақ оның процеске қатынасуы ауысудың тек бастапқы сатысымен шектеледі. Келесі сатыларда ол толық регенерацияланады да реакциялаушы заттардың молекулаларымен қайтадан әрекеттесуі мүмкін. Осымен катализатордың аз мөлшерімен реакцияның соңғы өнімдерін өте коп мөлшерде алуға болатынын түсіндіреді. Каталитикалық крекинг өндірістік масштабы АҚШ-та ең көп тараған процес,оның үлес салмағы мұнайды алғашқы өңдеу көлеміне есептегенде 1986 жылы 38,1%, кейбір МӨЗ ол 50% жоғары құрады. Бұл процестің дамыған Батыс Европа елдері МӨЗ үлесі 10-14%, ал бұрынғы КСРО-да бар болғаны 4%.
Каталитикалық крекинг процесінің негізгі мақсаты - жоғары кейінгі октанды бензин және кейінгі өңдеудегі жоғары октанды бензин (50%дейін және жоғары) өндірісі компоненттерінің изомерлі құрылымды алкилат және метил-трет-бутил эфирінің шикізаты сұйылтылған газдың, сонымен қатар мұнайхимиялық өнеркәсіп шикізатының максималды жоғарғы шығымды өндіріс болып табылады. Процесс кезінде алынатын жеңіл газойль негізінен дизельдік отынның компоненті ретінде, ал полициклді қосылыстары жоғары құрамды ауыр газойль техникалық көміртек және жоғары сапалы электродты кокс өндірісінің шикізаты болып табылады.
Каталитикалық крекинг процестері АҚШ-та жақсы дамыған, 1999 жылы мұнайды біріншілік өңдеудің 34,2% құрады, ал кейбір МӨЗ көрсеткіштері 50%-дан жоғары көрсеткіште болды. Бұл процесс басқа дамыған мемлекеттерде 10-15% құрады.
1919-1921 жылдары Н.Д.Зелинскиймен алюминий хлориді қатысында мұнай шикізатының төментемпературалы каталитикалық крекингі (200˚С) ұсынылған еді. Жұмыстардың негізінде бензинді алу тәжіребилік қондырғы жасалынп және сыналды. Бірақ алямений хлоридінің катализатор ретіндегі кемшіліктерге (аппаратураның қатты коррозиялануы, көмірсутектермен комплекс түзуі нәтижесінде катализатордың көп шығындалуы , процестің периодтылығы) байланысты бұл ой өндірістік енгізілуді тапқан жоқ.[1]
Тақырыптың өзектілігі: Каталитикалық крекинг мұнайды терең өңдеудегі көп тонналы процессердің ең көп тараған түріне жатады және айтарлықтай мөлшерде қазіргі заманауи және перспективті МӨЗ техника экономикалық көрсеткіштерін айқындайды
Курстық жобаның мақсаты: материалды, жылу ағындарын және негізгі жабдықтарды есептеу арқылы вакуумдық газойльді каталитикалық крекингті орнатудың технологиялық процесін жобалау болып табылады.
Курстық жобаның міндеттері:
- алюмосиликатты катализаторлы каталитикалық крекинг процесіне әдеби шолу жүргізу;
- қазіргі заманауи және перспективті қондырғысын жобалау;
- катализатордың қозғалушы қабатында жүретін процестің реакторын есептеу.
Курстық жобаның әдістері немесе әдістемесі: әдеби шолу мен есептеулер жасап соның негізінде катализатордың қозғалушы қабатында жүретін процесстің реакторын есептеу.

1 Әдеби шолу

1.1 Каталитикалық крекинг химизімі

Мұнай өңдеуде қолданылатын термокаталитикалық процестердің негізгі түріне каталитикалық крекингті жатқызады.
Каталитикалық крекинг екіншілік процестердің арасында ерекше орынға ие. Бұл процестің жалпы үрдісі мен дамуы, өңдеуге ауыр мұнай дистилляттарының жəне қалдықтарының енгізілуі арқылы процестің шикізаты қорының кеңейтілуімен түсіндріледі.
Каталитикалық крекинг процесінің ең басты мақсаты - жоғары октанды жанармайдың көп мөлшерін алу болып табылады. Сонымен қатар, соңғы бірнеше жылда негізгі мақсаты мұнай өңдеуге жəне мұнай химиясы (каталитикалық пиролиз) үшін құнды шикізат - олефинмен байытылған газды алу болып табылатын каталитикалық крекингтің басқа бағыты қарқынды дамып келеді.
Процесс химиясы
Каталитикалық крекинг процесінде ірі көмірсутек молекулаларының ыдырауы жүреді, ол келесі өнімдердің түзілуімен бірге жүреді: метаннан және одан жоғары олефиндік газдардан көмірсутектердің толық спектрі - сутегі коксының жойылуы есебінен - нәтижесінде сутегінің жетіспеушілігі.
Бірнеше ароматты немесе нафтендік сақиналардан тұратын молекулалар кішірек ароматты немесе нафтендік молекулалар мен олефиндерге ыдырайды. Ұзын бүйірлік тізбектері бар ароматты немесе нафтендік молекулалар оларды жоғалтады.
Каталитикталық крекинг өнімдерінің химиялық құрамының мынадай ерекшеліктері бар: бензинінде изопарафиндер мен ароматикалық көмірсутектері көп; газ құрамында изобутан мен C3-C4 олефиндер көп; газойл фракциялары полициклді ароматикалық көмірсутектерге бай келеді. Мұндай ерекшеліктерінің себеі мынада:
1) Термиялық пен каталитикалық крекингтің тетіктерінің әртүрлілігінде; термиялық крекинг пен радикалды-тізбекті механизммен, ал каталитикалық крекинг ионды механизммен жүреді.
2) Катализатордың активті бетінің кейбір реакцияларды, мысалы олефиндерді изомерлеуді талғамды жүргізу қабілеті, ал бұл процестің жылдамдығы катализаторсыз өте аз.
Каталитикалық крекинг- гетероген катализінің ең айқын мысалы. Мұнда реакциялар екі фаза шекарасында жүреді: катты және бу немесе сұйық, сондықтан катализатордың құрылымы және беті шешуші роль атқарады.
Термокаталитикалық процестерде термиялық процестердегі тəрізді энергия жылу ретінде жеткізіледі. Алайда, егер екі процестерде де көмірсутектердің термиялық тұрақтылығын қарама-қарсы қоятын болса, термокаталитикалық процестерде олефиндер парафиндерге қарағанда тез шығындалады, ал ароматты қосылыстардың термиялық тұрақтылығы бірдей болады. Бұндай реттілік термокаталитикалық процестердің катализаторларының бетіндегі олардың таңдамалы адсорбциясына байланысты болады, ал термиялық деструкция процестеріндегі молекулалардың ыдырауы көмірсутек молекуласындағы байланыстың беріктігімен сипатталады. Көмірсутектердің катализатор бетінде адсорбциялану қабілеті катализатордың табиғатына байланысты болады. Қанықпаған жəне ароматты көмірсутектер қышқылдық қасиеті бар катализаторлардың бетінде жеңілірек адсорбцияланады, себебі олар электронды донорлардың немесе акцепторлардың əсерінен жеңіл ығысатын электронды А-бұлтына ие болады жəне полярсыз заттарға қарағанда молекулалардың адсорбциясы мен олардың катализатормен байланысының беріктігін қамтамасыз етеді. Құрылысында қос байланысы бар алкендер парафиндерге қарағанда, катализатормен жеңіл əсерлесуге түседі. Бұл салдардан қанықпаған көмірсутектердің алғашқы болып қолданылатындығы айқындалады. Ароматты көмрсутектердің электронды А-бұлты молекула бойы тепе-тең таралған. Ароматты қосылыстыр полярсыз немесе əлсіз полярлы заттар болып табылады, сақинада орынбасушылардың болуы тығыздықтың ығысуын тудырады жəне молекуланың полярлылығын арттырады.
Сондықтан бүйір тізбектер саны немесе бүйір тізбектегі көміртек атомының саны көп ароматты көмірсутектер бензолға қарағанда, катализатордың бетіне жеңіл адсорбцияланады.Сонымен тұрақтылығы бойынша термокаталитикалық процестерде көмірсутектердің негізгі топтарын келесі қатар бойынша орналастыруға болады:
Олефиндербүйір тізбектер саны көп болатын ароматты көмірсутектернафтендер парафиндер бүйір тізбектері жоқ болатын ароматты көмірсутектер.
Катализатордың қатысында атомаралық байланыс гетеролиттік үзіліске ұшырайды, демек бұл үзіліс барысында, бұрын екі байланыстырушы атомдарға жататын электрондардың жұптары, атомдардың біріне қарай өтеді:
У-Х Н+ + Х-, бұл жерде: У-Х- бастапқы валентті-қаныққан молекула, Н+-катион; Х- анион. Катализатордың қатысында термиялық реакциялардағы радикалды-тізбекті механизмі термокаталитикалық процестердегі ионды-тізбекті механизмге ауысады. Бұл процесс барысында тізбектің түзілуі мен жалғасуына қатысатын заттар, бос радикалдар емес, иондар болып табылады. Қышқылдық қосылыстың ыдырауы мен оның алкеннің протонымен өзара əсерлесуі реакцияның инициирлеуші процесі болып табылады. Нəтижесінде құрамына үшвалентті оң көміртек атомы кіретін, карбкатион (карбоний ионы) түзіледі:
R- CH = CH2 + H+A---R-+CH-CH3 + A-

Карбкатиондар өте белсенді болады жəне реакция тізбегін жалғастырады. Өзінің белсенділігіне байланысты көмірсутектердің катиондарын келесі өспелі қатарға орналастыруға болады:

R+үшіншілік R+екіншілікR+біріншілік+С2Н5 +СН3

Бұл индукциялық эффектісімен байланысқан. Көмірсутек топтарының оң зарядталған көміртек атомымен байланысы көп болған сайын, бұл карбкатионның белсенділігі аз болады, демек бұл карбкатион тұрақты болады. Карбоний иондарының тұрақтылығы қатары оның белсенділігінің тұрақтылығы қатарына қарама-қарсы болады.
Əр зат өзінің тұрақты пішініне ие болуға ұмтылғандықтан, онда карбоний иондарына сутектің немесе метилді топтардың ығысуымен молекуладағы ішкі қайта топтасу тəн. Басқаша айтқанда, карбоний иондары изомерлі ионның түзілуіне əкелетін, қаңқалы изомерленуге ұшырайды. Мысалы:

R- C+HCH3 - CH2 - CH3-- R- СH+CH3-CH3 -- R -C+-CH3

Қаңқалы изомерлену процесінен басқа, карбоний ионы үшін бейтарап молекулалармен əрекеттесу процесі жүреді. Бұл процесс барысында карбоний ионы тұрақты пішінге ие болады. Бейтарап молекулалармен əрекеттесу нəтижесінде жаңа карбкатиондар мен жаңа қаныққан жəне қанықпаған молекулалар түзіледі. Мысалы:
R- C+ H - CH3 + С4H10 -- С+4H9 + R-CH2 - CH3
R- C+ H - CH3 + С4H8 -- С+4H9 + R-CH = CH2

Бұл процесс тұрақты заттардың түзілуіне жəне көп көміртек саны бар карбоний иондарының олефиндер мен көміртек саны аз жаңа карбкатионға ыдырауына əкеледі. Мысалы:
CH3 - CH - C+H2 + R -- CH3 - CH = CH2 + R+
Ыдырау зарядталған көміртек атомынан санағанда, І байланыс бойынша жүреді. Карбкатионның айналуы мен оның бейтарап молекулалармен əсерлесуі тізбектің жалғасу деңгейі болып табылады. Бұл процестер термокаталитикалық процестердің көптеген əртүрлі өнімдерінің түзілуіне əкеледі. Тізбектің үзілуі карбоний ионы мен алюмосиликаттың анионының арасындағы реакция нəтижесінде жүзеге асады:

R- CH2 - C+H2 + A- -- R-CH=CH2 + НA

1.2 Дайын өнім, реагенттер және шикізат сипаттамасы

Каталитикалық крекинг процесінде жоғары октан санды бензин фракциясы мақсатты өнім алу болып саналады. Бензиннен бөлек бұл процесте тағы көмірсутекті газ, жеңіл газойл (195-350˚С фракция), ауыр газойл жəне кокс түзіледі. Кокс катализатор бетіне отырады жəне сапасы, сонымен бірге кокстың түсімен, шикізат сапасы мен да процесс параметрлеріне тікелей байланысты.
Шикізат. Қазіргі уақытта каталитикалық крекингтің шикізаты 350 - 500°С қайнау диапазоны бар түзу фракциялы вакуумды газойль болып табылады. Қайнаудың аяқталуы негізінен металдардың мөлшерімен және шикізаттың кокстеу қабілетімен анықталады, ол 0,3% аспауы керек. Фракция күкірт қосылыстарын жою және кокстелуді азайту үшін алдын ала гидротазалаудан өтеді. Сондай-ақ, бірқатар компанияларда (UOP, IFP) ауыр фракцияларды каталитикалық крекингке арналған бірқатар дамыған процестер бар - мысалы, мазут (кокстеу қабілеті 6-8% дейін). Сондай-ақ, гидрокрекинг қалдықтары шикізат ретінде пайдаланылады, шикізаттың құрамдас бөліктері ретінде деасфальтталған өнімдерді, петролатумдарды, шламды майсыздандыру фильтраттарын қолдануға болады.
Бастапқы шикізаттың сапасы катализатор жүмысына үлкен әсер етеді. Шикізатта қанықпаған және полициклді арендердің көп болуы немесе фракциялық қүрамның ауырлауы кокс түзілуді үдетеді де, катализатор тез активтігін жоғалтады. Осы себептен кокстеу мен термиялық крекинг газойлдерін (20-25% -дан көп емес) тура айдаумен алынған шикізатқа қарағанда күрделілеу. Шикізатта шайыр, күкірт, азот және металдар қосылыстарының болуы тағы да катализатордың активтігі мен талғамдығын төмендетеді. Сондықтан тіптен тура айдаумен шайырлы және күкіртті мүнайлардан алынған газойлдердіде крекингтегенде шикізаттың соңғы қайнау температурасын 480-490С-қа шектеуге тура келеді. Төменде каталитикалық крекинг шикізаты есебінде көп қолданылып жүрген Ромашка мүнайының вакуум газойлының сапасы берілген:
Алдын ала гидротазалаудан өткен шикізатты крекингтеудің нәтижесі жақсы болады.
Гидротазалауда шикізаттағы күкірттің, азоттың жөне металдардың мөлшері көп төмендейді, сонымен қатар оның кокстенуі де азаяды. Осылай дайындаған шикізатты крекингтеу кокс пен газ шығымын азайтып, бензин шығынын өсіреді. Алынған өнімдер сапасы жақсарады: бензиннің октан саны өседі, крекингтің сүйық өнімдерінде күкірт мөлшері күрт азаяды. Сондықтан оларды әрі қарай тазалау қажет болмайды. Қалдық шикізаттан шайыр-асфальтен заттарын бензинмен немесе сүйылтылған пропанмен алдын ала асфальтсыздандыру оң эффект береді. [2].
Төменде каталитикалық крекинг шикізаты есебінде көп қолданылып жүрген Ромашка мұнайының вакуум газойлының сапасы берілген (кесте 1.1).

Кесте 1.1 - Шикізат құрамы
Шикізат
Шикізат мінездемесі
Ақырғы шегі
Вакуумды
газойл
Тығыздық(Р420) ...
Фракциялық құрам
Бастапқы қайнау температурасы,0С
10% айдалу температурасы, 0С
50% айдалу Температурасы, 0С
Мөлшері, %
Күкірттің ... ...
Азоттың ... ... .
Ванадийдің
Кокстенуі, %
0,9165-0,9231

345-352
397-403
444-456

1,79-1,88
0,11-0,07
1*10³
0,39-0,43

Өнім сапасы
Газ. Каталитикалық крекинг газының жартысы қанықпаған көмірсутектерден, негізінен пропилен мен бутендерден тұрады. Сондай-ақ изобутанның айтарлықтай мөлшері бар. Осыған байланысты бутан-бутилен газ фракциясы жоғары октанды бензин алу үшін алкилдеу процесінде шикізат ретінде пайдаланылады. Пропан-пропилен фракциясы полипропилен өндіру үшін пропиленді оқшаулау үшін қолданылады. Каталитикалық крекинг қондырғыларының жалпы сыйымдылығы үлкен болғандықтан, процесте өндірілетін пропиленнің үлесі оның жалпы өндірісінің 15% дейін құрайды. Құрғақ газ (сутегі, метан, этан) зауыттық қондырғылардың пештерінде отын ретінде пайдаланылады.
Бензин. Каталитикалық крекинг процесі жоғары октанды бензинді шығарады. Сонымен қатар, бензиннің құрамында 1% -дан аз бензол және 20-25% хош иісті көмірсутектер бар, бұл оны ЕО-ның соңғы стандарттарына (Еуро-4, Еуро-5) сәйкес бензин дайындау үшін пайдалануға мүмкіндік береді. Каталитикалық крекингтік бензиннің негізгі кемшілігі құрамында қанықпаған көмірсутектердің (30%-ға дейін) және күкірттің (0,1-0,5%) көп болуы, сақтау кезінде отынның тұрақтылығына өте нашар әсер етеді. Бензин олефиндердің полимерленуі мен тотығуына байланысты тез сарыға айналады, сондықтан басқа бензин фракцияларымен араластырмай қолдануға болмайды.
Жеңіл газойль. Жеңіл каталитикалық крекингтік газойль 200-270°С (сирек 200-320 немесе 200-350) фракциясы болып саналады. Оның құрамында ароматты көмірсутектердің көп мөлшері бар, бұл цетан санының төмен болуына әкеледі (әдетте 20-25-тен жоғары емес). Сонымен қатар, шикізатты алдын ала гидротазалау шартының өзінде жеңіл газойльдің құрамында күкіртті қосылыстардың едәуір мөлшері (0,1-0,5%

1.3 Крекинг катализаторы

Соңғы кездерге дейін зауыттарда аморфты табиғи жасанды алюмосиликат катализаторы пайдаланылып келеді, олардың құрамында орташа 10-25% Al2O3, 75-80% SiO2 жəне аздаған кристалды суы, ал қоспа күйінде - темір, магний, кальцийжəне натрий оксидтері болады. Мұндай катализаторлардың активтік индексі 35-38 шамасында. Қазіргі кезде барлық каталитикалық крекинг қондырғыларында синтетикалықкристалды алюмоциликатты, көбінесе микросфералы, цеолитті катализаторлар қолданыс табуда. Цеолиттер деп табиғи жəне жасанды өте майда тесікті, үш өлшемді кристалдықұрылымды алюмосиликаттарды атайды. Табиғи цеолиттер - олар кальций, натрий жəне басқа металдардың алюмосиликаттарының судағы ерітіндісіндей минералдар. Цеолиттерге кристалды құрылым мен кіру тесіктерінің мөлшерінің біркелкілігі тəн. Цеолиттердің ішкі үлкен тесіктер майда тесіктермен жалғасып жатады. Цеолиттерденылғалды бөлгенде бұл тесіктер үлкен ішкі бетті түзеді. Тесіктердің жалпы көлемі кристалдық барлық көлемінің жарымын құрайды. Осының себебінен сусызданған цеолиттер өте жақсы адсорбенттер болады.
Синтетикалық цеолиттердің үш түрін: А,Х,У шығарады. А типтес цеолиттердің тесіктері 0,3-0,5 нм (1нм-нанометр = 10-9 м): оларды көмірсутекті газдарда кептіруде жəне көмір қышқыл газынан жəне күкіртті сутегіден тазалауда, сонымен қатар, нормалды алкандарды, олардың басқа көмірсутек қоспаларынан адсорбцияланып бөлу үшін пайдаланылады. Х типтес цеолиттер тесіктерінің мөлшері 0,1-0,3 нм, ал У типтестердікі - 0,8-0,9 нм. Х жəне У типтес цеолиттер катализаторлар өндіруде көп қолданыс табуда.
Көп тонналы каталитикалық крекинг процестердің заманауи катализаторлар жоғары температурада (500-800℃) жалған сұйылған немесе қозғалмалы катализатор қабатындағы аппараттарда интенсифті масса және жылу алмасумен жүргізіледі, сонымен қатар жоғары активтілік , талғамдылық және регенерациялық, механикалық және басқа да эксплуатациялық қасиеттері бойынша жоғары талаптарға жауап беру керек. Каталитикалық крекингтің өндірістік катализаторлары көп компонентті жүйе болып табылады:
матрица (тасмалдағыш);
активті компонент-цеолит;
қосымша активті және активсіз қоспалардан тұрады.
Крекинг катализаторлар матрицасы тасмалдағыш функциясын орындайды - бетінде негізгі активті компонент - цеолит және көмекші қоспалар, және үлкен молекулалық бастапқы шикізатты алдын ала крекингілеу әлсіз қышқылдық катализаторда болады. Заманауи каталиткалық крекинг катализаторының матрица материалы ретінде негізінен жоғары беттік көлемді және крекингке ұшырайтын шикізаттың үлкен молекулаларға жетуін қамтамасыз ететін оптималды кеуекті құрылымды синтетикалық аморфты алюмоцеликат қолданылады.
Аморфты алюмоселикат цеолит құрамды катализаторға дейін негізгі өндірістік крекинг катализаторы ретінде қолданылады. Олар алюминий оксиді және кремни оксидінен тұратын қоспалардың әрекеттесуі нәтижесінде алынады,мысалы сұйық әйнектен Na2O∙3SiO2 және күкірт қышқылды алюминий Al(SO4)3. Аморфты алюмоцеликаттың химиялық құрамы Na2O(Al2O3∙xSiO2) формуласымен көрсетуге болады. Негізінен өндірістік аморфты алюмоцеликаттағы алюмини оксидінің құрамы 6-30% мас.дейін барады.
Алюмоселикаттар ион алмасушылық қасиетке ие,ал каталитикалық актифтілікті беру үшін Na+ катионын Al+ катионына ауыстыру үшін оны күкірт қышқылды алюминимен өңдейді. Кептірілген және шынықтырылған аморфты алюмоцеликаттар протонды және апротонды қышқылдықты көрсетеді. Температуралық шынықтырудың жоғарлауымен протонды қышқылдық орталықтар апротондыға айналады.
Крекинг катализаторының актифті компоненті цеолит болып табылады, ол көмірсутекті шикізаттың мақсатты өнім түзе отырып екіншілік каталитикалық айналулар жүргізуге мүмкіндік береді.
Цеолиттер (грек тілінен аударғанда цео-қайнаушы,литос-тас) келесі формуладағы үш өлшемді кристалды құрылымды алюмоселикат болып табылады:
Me2nO∙Al2O3∙xSiO2∙yH2O,

мұндағы n-Me метал катионының валенттілігі;
x-целикатты модуль деп аталатын алюминий және кремний оксидтерінің қатынасы;
y-су молінің саны.

Қазіргі кезде табиғи және синтетикалық цеолиттерінің құрылымымен, Me катионының түрімен, циликатты модульімен және кристализациялық су молекуласының санымен ерекшеленетін ондаған түрі бар. Цеолиттер өзара канал немесе микроканалдар арқылы байланысқан кеуектердің көп мөлшерімен сипатталады,олардың өлшемдері әрекеттесетін молекулалар өлшемдерімен салыстыруға болады. Негізінен кеуектер каналдарға қарағанда диаметрі үлкен болады. Мысалы,шабазит типті цеолит 11,4 Ả өлшемді 3∙1020 кеуектері бар, әр кеуекке судың 24 молекуласы сияды. Шабазит каналдарының өлшемі 4,9Ả болады. Қыздырған кезде беттік көлемі 700-1000 м2г жетеді. Сусызданған цеолиттер әртүрлі заттардың молекулаларын каналдардың өлшемдеріне байланысты талғамды түрде адсобциялауға қабілетті. Әрине, егер адсорбцияланатын заттың диаметрі каналдың өлшемінен үлкен болса,онда цеолит ішіндегі кеуектерге ене алмайды (ситалық эффект.).Мысалы,цеолиттің каналының диаметрі 4Ả болғанда диаметрі 4,9Ả нормал құрылымды көмірсутектердің молекулаларын адсорбциялай алмайды.
Негізінен синтетикалық цеолиттің құрылымын А,Х,Y,...L және т.б. латын әріптерімен белгілейді.Әріптердің алдында алюмоцеликаттағы алюминидің теріс зарядын компенсациялайтын метал катионының формуласын қояды. Мысалы, CaX-кальцилік алмасу формасындағы X типті цеолитті білдіреді; LaY,ReY-лантанды және сирек жерсілтілік формадағы Y цеолит.
Цеолиттер силикатты модульдің x өлшеміне байланысты келесі құрылымдық типтерге бөледі:
Цеолиттер түрі x
Цеолит А 1,8-2,0
Цеолит Х 2,3-3,0
Цеолит Y 3,0-6,0
Эрионит(цеолит Т) 6,0-7,0
Морденит 8,3-10,7
Цеолит L 10,0-35,5
Шетелде цеолиттер басқаша классификацияланады: цеолит түрін көрсететін әріп алдыда алынған цеолит адсорбциялайтын молекуланың максималды диаметрін көрсететін санды қояды. Осы классификация бойынша NaA цеолитіне 4Ả цеолиті сәйкес келеді, CaA циолитіне -5Ả, NaX цеолитіне 13Х, CaX цеолитіне -10Х және т.б.
а-тетраедр; б-содалитті клетка; в-суперклетка; г-элементар ұяшық
Фожазит тәрізді цеолиттің құрылымы
Төменде кейбір синтетикалық цеолиттердің қуыстары мен каналдарың өлшемдері көрсетілген:
Цеолит Диаметрі
Қуыстар Каналдар
LiA 12 4,4
Na 11-12 4,0
KA 11 3,3
Ca 11 5,0
NaX және NaY 11-13 9,0
СаХ және CaY 11-13 8,0
Ca-модернит 7 4,0
H-модернит 7 6,6
Кіші өлшемді А типті цеолиттердің каналдар өлшемі (3,3-5Ả) және кіші циликатты модуль (1,8-2,0Ả) негізінен каталитикалық процестерде қолданбайды және адсорбент ретінде қолданылады. Каталитикалық процестерде, оның ішінде мұнай шикізатының крекингісінде табиғи фожазит баламасы көбінесе Х және Y типті циолиттер қолданылады. Соңғы жылдары 30 астам силикатты модульді жоғары кремноземді түтікті цеолиттер кең тараған.
Біріншілік негіз (құрылымдық бірлік) Х және Y циолиттердің кристалды торы тетраедр болып табылады, ол төрт оттегі анионынан тұрады, ол кішірек өлшемді кремний және алюминий иондары арасында орналасқан. Содалиттік тор деп аталған 24 тетраедр екіншілік қиылған октаедр (сегіз, алты бұрышты және алты квадрат беттерден тұратын кубооктаедр) түзеді. Келесі құрылымдық сатыда төрт кубтетраедр алтыбұрышты призма арқылы суперклетка түзе отырып тетраедрлік формаға бірігеді. Көптеген суперклеткалар (фажозитте олар сегіз) бірігуі нәтижесінде кәдімгі тұрақты цеолит ұяшық жүйесі түзіледі.
Кремний және алюминий оксидінен түзілген тетраэдрлар цеолиттер құрылымы ашық аймақтары бар болатындай орналасқан. Бұл үлкен беттік көлемді кеуектер жүйесін жасайды. Кремний және алюминидің біріншілік құрылым бірлігінің химиялық формуласын келесі түрде көрсетуге болады:
Si4+ тетраэдрлі иондар электір бейтарап, ал үшвалентті алюминий Al3+ ионы бар тетраэдр минус бір заряд, Me (біріншілік Na+ катионымен, өйткені синтез сілтілік ортада жүргізіледі, ал кейін катион алмасу нәтижесінде басқа металдардың катиондарымен, NH4+ катионымен немесе H2 протонымен) катионының оң зарядымен бейтараптанады.
Алюминий зарядталған ионының циолит (Бренстед центірлері) бетінде болуы қышқылдық қасиетін және каталитикалық актифтіліктің болуын анықтайды.
Натрий формалы цеолиттер каталитикалық активтілігі төмен және термотұрақтылығы төмен. Бұл көрсеткіштер цеолиттің силикатты модульдің үлкейуімен сонымен қатар екі валентті және әсіресе үш валентті металдардың ион алмасу дәрежесі айтарлықтай жоғарлайды. Олардың ішінде ReY типті цеолиттер термотұрақтылығы жоғары, сонымене маңызды - жоғары каталитикалық актифтілікке ие. Осыған байланысты ReY сериялы цеолиттер крекинг катализаторының актифті компоненті ретінде әлемдік мұнай өңдеуде кең қолданыс тапты.
Цеолитті крекинг катализаторларды жетілдіру бойынша құрамында химиялық тұрақтандырғыш деп аталатын ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.