Мұнай химиялық өнеркәсіптің даму тарихы
Кіріспе
1 Әдебиеттік шолу
1.1 Мұнайхимиялық өнеркәсіптің даму тарихы
2 Тәжірибелік бөлім
2.1 Ароматты көмірсутектерді анықтау
2.2 Нафтенді және парафинді көмірсутектерді анықтау
3 Талдау және қорытынды
3.1 Ароматты қосылыстар
3.2 Ароматты көмірсутектерді алу жолдары
Қорытынды
1 Әдебиеттік шолу
1.1 Мұнайхимиялық өнеркәсіптің даму тарихы
2 Тәжірибелік бөлім
2.1 Ароматты көмірсутектерді анықтау
2.2 Нафтенді және парафинді көмірсутектерді анықтау
3 Талдау және қорытынды
3.1 Ароматты қосылыстар
3.2 Ароматты көмірсутектерді алу жолдары
Қорытынды
Кіріспе
Өзектілігі. Мұнай химиясы – мұнайдан және табиғи газдан пайдалы химиялық өнімдерді алудың ғылыми негізін оқытатын химияның саласы. Мұнай химиясының жетістіктері практикада мұнай химиясының өндірісінде іске асырылады. Ол өндіріс – химиялық өндірістің өте қажетті және жылдам дамып жатқан бөлімі. Қазіргі кезеңде мұнай химия өндірісінің дамуы соншалық, көптеген өндірістері дамыған елдерде оның өнімдері жалпы химиялық өндірістің маңызды, ал кей кезде тіпті көп бөлігін құрайды.
Жасанды органикалық өнімдерді өндірудің үш негізгі шикізат көздеріне өсімдік заттары, тас көмір және мұнай жатады. Үшеуінің әрқайсысының ерекше артықшылықтары бар, бірақта тәжірибе (экономикалық тұрғыдан қарағанда) көрсеткендей. Мұнаймен қамтамасыз етілген елдерде (оларға Қазақстан да жатады) соңғысының маңызы химиялық өндірісте шикізат көзі ретінде өте жоғары және ол тоқтаусыз өсуде.
Мұнайхимиялық өндірістің кеңінен дамуына қарамастан шикізатты тұтыну көлемінің тұрғысынан қарағанда мұнай өңдеу өндірісінің көлемімен салыстырғанда әлдеқайда аздау, өкінішке орай тек отындық бағытқа бет бұрған.
Жер қыртысында түрлі тереңдікте (2000м. дейін және одан да көп) геологтар сұйық жанғыш минерал – мұнайды анықтайды. Бұл минерал көзге май тәріздес, қара сұйықтық болып келеді. Түсі әдетте шайыр тәріздес заттардың мөлшері мен құрылымынан тәуелді. Сол себепті түссіз мұнай да кездеседі. Тұтқырлығы орташа есеппен 5×10-6 – 100×10-6 м2/сек, ал кейде тіпті одан да жоғары болуы мүмкін. Мұнайдың тұтқырлығы сумен салыстырғанда жүздеген есе көп, ал тығыздығы біршама аз.
Мұнай біртекті сұйықтық емес, керісінше, ол түрлі молекулалық салмақты көмірсутектердің күрделі қоспасы мен күрделі химиялық құрамды, яғни кейде көп мөлшерде күкіртті, азотты, оттекті және шайырлы болып келеді. Мұнай шамамен 40 – 5000С температурада қайнап, түрлі фракцияларда айдалады. Айдаудан кейін қалған қалдық – гудрон – аз қозғалатын зат. Мұнай жанғанда күл қалмайды. Мұнай құбырларды бұрғылау жолымен жер бетіне газдар қысымымен немесе сорғыш арқылы алынады.
Мұнай алғашында теңіз тұнбасы ретінде бөлінген өлі өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтарының ыдырау және күрделі химиялық ауысуларының өнімі болып табылатын органикалық текті зат ретінде белгілі болды. Мұнай көздерінің барлығы тұзды теңіз суында түзілген тұнбалы жыныстардың туындысы.
Өзектілігі. Мұнай химиясы – мұнайдан және табиғи газдан пайдалы химиялық өнімдерді алудың ғылыми негізін оқытатын химияның саласы. Мұнай химиясының жетістіктері практикада мұнай химиясының өндірісінде іске асырылады. Ол өндіріс – химиялық өндірістің өте қажетті және жылдам дамып жатқан бөлімі. Қазіргі кезеңде мұнай химия өндірісінің дамуы соншалық, көптеген өндірістері дамыған елдерде оның өнімдері жалпы химиялық өндірістің маңызды, ал кей кезде тіпті көп бөлігін құрайды.
Жасанды органикалық өнімдерді өндірудің үш негізгі шикізат көздеріне өсімдік заттары, тас көмір және мұнай жатады. Үшеуінің әрқайсысының ерекше артықшылықтары бар, бірақта тәжірибе (экономикалық тұрғыдан қарағанда) көрсеткендей. Мұнаймен қамтамасыз етілген елдерде (оларға Қазақстан да жатады) соңғысының маңызы химиялық өндірісте шикізат көзі ретінде өте жоғары және ол тоқтаусыз өсуде.
Мұнайхимиялық өндірістің кеңінен дамуына қарамастан шикізатты тұтыну көлемінің тұрғысынан қарағанда мұнай өңдеу өндірісінің көлемімен салыстырғанда әлдеқайда аздау, өкінішке орай тек отындық бағытқа бет бұрған.
Жер қыртысында түрлі тереңдікте (2000м. дейін және одан да көп) геологтар сұйық жанғыш минерал – мұнайды анықтайды. Бұл минерал көзге май тәріздес, қара сұйықтық болып келеді. Түсі әдетте шайыр тәріздес заттардың мөлшері мен құрылымынан тәуелді. Сол себепті түссіз мұнай да кездеседі. Тұтқырлығы орташа есеппен 5×10-6 – 100×10-6 м2/сек, ал кейде тіпті одан да жоғары болуы мүмкін. Мұнайдың тұтқырлығы сумен салыстырғанда жүздеген есе көп, ал тығыздығы біршама аз.
Мұнай біртекті сұйықтық емес, керісінше, ол түрлі молекулалық салмақты көмірсутектердің күрделі қоспасы мен күрделі химиялық құрамды, яғни кейде көп мөлшерде күкіртті, азотты, оттекті және шайырлы болып келеді. Мұнай шамамен 40 – 5000С температурада қайнап, түрлі фракцияларда айдалады. Айдаудан кейін қалған қалдық – гудрон – аз қозғалатын зат. Мұнай жанғанда күл қалмайды. Мұнай құбырларды бұрғылау жолымен жер бетіне газдар қысымымен немесе сорғыш арқылы алынады.
Мұнай алғашында теңіз тұнбасы ретінде бөлінген өлі өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтарының ыдырау және күрделі химиялық ауысуларының өнімі болып табылатын органикалық текті зат ретінде белгілі болды. Мұнай көздерінің барлығы тұзды теңіз суында түзілген тұнбалы жыныстардың туындысы.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
1 Голомшток И. С., Овсянников Д. В., Самсонов Н. А. Проектирование и принципы сооружения нефтезаводов. - М.:Гостоптехиздат, 1960.- 126 С.
2 Добрянский А. Ф. Химия нефти. М.:Гостоптехиздат, 1961. – 155 С.
3 Иванова Л. В., Корнеев М. И., Юзбашев В. Н. Технология переработки нефти и газа. - М.:Химия, 1966. – 320 С.
4 Пархоменко В. Е. Технология переработки нефти и газа. - М.: Гостоптехиздат, 1959. – 105 с.
5 Правила эксплуатации нефтегазоперерабатывающих заводов. - М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1966. – 223 С.
6 Проблемы переработки высокосернистых нефтей. ЦНИИТЭНефтехим, 1966. -
7 Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. - Ч. 2.- М.:Химия, 1968. – 230 С.
8 Соколов В. А. Нефть. М.:«Недра», 1970. – 225 С.
9 Фарамазов С. А. Эксплуатация оборудования нефтеперерабатывающих заводов. М.:«Химия», 1969. – 200 С.
10 Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. ч. 3, М.: «Химия», 1967. – 320 С.
11 Эрих В. Н., Расина М. Г., Рудин М. Г. Химия и технология нефти и газа. М.:«Химия», 1972. – 330 С.
12 Краткий справочник физико-химических величин. М.:Госхимиздат, 1957.
13 Справочник химика. т. 1-3, М.:Госхимиздат, 1951-1952.
14 Обрядчиков С. Н. Технология нефти.- Ч. 2.- М.:Гостоптехиздат, 1948. -
15 Горшко В. Д., Розенбаум Р. Б., Тодес О. М. // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1958.- №1.-
16 Дезникович К. А., Тодес О. М. // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1959. - №8.-
17 Скобло А. И., Трегубова А. И., Егров Н. Н. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.- М.: Гостоптехиздат, 1962.-
18 Фазовые равновесия легких углеводородов. - М.: Гостоптехиздат, 1958.-
19 Кафаров В. В. Основы массопередачи. - М.: Высшая школа, 1962. -
20 Кузнецов А. А., Судаков Е. Н. // Известия МВО СССР, Сер. Нефть и газ. – 1964.- № 4 -
21 Дубовкин Н. Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.:Госэнергоиздат, 1962.
22 Хамди А. М., Скобло А. И., Молоканов Ю. К. // Химическая и технология топлив и масел.- 1963.- № 2.-
23 Александров И. А. // Химическая и технология топлив и масел. - 1961.- № 7.-
24 Григорьев В. А., Калач Т. А., Соколовскии В. С., Темкин Р. М. Краткий справочник по теплообменным аппаратам. - М.:Госэнергоиздат, 1962. -
25 Эмирджанов Р. Т. Примеры расчетов нефтезаводских процессов и аппаратов. -Л.:Азнефтеиздат, 1957. -
26 Михеев М. А. Основы теплопередачи. - М.:Госэнергоиздат, 1956.-
27 Хоблер Т. Теплопередача и теплообменники.- М.:Госхимиздат, 1961.
28 Гребер Г., Эрк С., Григулль У. Основы учения о теплообмене. - М.:Издатинлит, 1958. -
29 Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. -М.:Госэнергоиздат, 1959.-
30 Реферативный журнал «Химия».- 1963.- № 17, реф. 17Н55.
31 Антуфьев В. М., Белецкий Г. С. Теплопередача и аэроди¬намическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном по¬токе. Пермь: Машгиз, 1948.
32 Новое нефтяное оборудование. - М.:Гостоптехиздат, 1961.-
33 Теплофизические свойства веществ. Справочник. - М.:Госэнергоиздат, 1956.-
34 Рабинович Г. Г. Расчет нефтеперегонной аппаратуры. - М.:Гостоптехиздат, 1941. -
35 Егиазаров Н. В. Методы расчета аппаратуры и оборудования неф-теперегонных заводов. - М.:Азнефтеиздат, 1935. -
36 Михеев М. А., Михеева И. М. – М.: Краткий курс теплопередачи, 1960. -
37 Ястржембский А. С. Техническая термодинамика. - М.: Госэнергоиздат, 1960.-
38 Бахшиян Ц. А. Трубчатые печи с излучающими стенами топки. - М.:ГОСИНТИ, 1960.-
39 Адельсон С. В. Технологический расчет и конструктивное оформ¬ление нефтезаводских печей. - М.:Гостоптехиздат, 1952.-
40 Блох А. Г. Основы теплообмена излучением. - М.:Госэнергоиздат, 1962. -
41 Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов, М.:Физматгиз, 1959.
42 Ярослав К., Владимир Р. Трубчатые печи в химической промышленности. - М.:Гостоптехиздат, 1963.-
43 Введенскии А. А. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов. М.:Гостоптехиздат, 1960.
44 Экспресс-информация. Химия и переработка нефти и газа. № 26, реф. 246 1963.- С.
45 Рабинович Г. Г., Адельсон С. В. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей промышленности.- М.: Гостоптехиздат, 1949. -
46 Казьмин Г. И., Гвоздецкий Л. А., Касаткин В. А., Семенов Б. С. Нефтепеперерабатывающие заводы США. - М.: Гостоптехиздат, 1962. -
47 Экспресс-информация. Процессы и аппараты химических производств. № 7, реф. 54, 1963.
48 Америк Б. К. Технология переработки нефти и газа. Нефтехимия// Труды ГрозНИИ.- Вып. XII, М.: Гостоптехиздат, 1963. -
49 Экспресс-информация. Процессы и аппараты химических производств. № 5, реф. 40, 1963.
50 Краснощеков Е. А., Сукомёл А. С. Задачник по теплопередаче. - М.:Госэнергоиздат, 1963. -
51 Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- М.:Госхимиздат, 1961. -
52 Кобе К. А., Мак-Кет Дж. Дж. Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки.- М.:Гостоптехиздат, 1960. -
53 Обрядчиков С. Н. Технология нефти. М.:Гостоптехиздат, 1952.
54 Гоихрах И. М., Пинягин Н. Б. Химия и технология искусствен¬ного жидкого топлива. М.:Гостоптехиздат, 1960.
55 Реферативный сборник. Сер.Химия и переработка нефти. - Вып. 45.- 1947. – С.
56 Вукалович М. П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. -М.:Машгиз, 1958.-
57 ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
58 ГОСТ 12.2.033-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.
59 Лазарев Н. В., Левина Э.И. Вредные вещества в промышленности. М.: Химия,1976.- Т.1-592С., Т.2-600С., Т.3-608С.
60 ГОСТ 12.4.021-75 ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования.
61 СНиП 23-05-95. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение. М.: «Стройиздат»,1995.
62 ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.
63 ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.
64 ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывобезопасность веществ, материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
65 ГОСТ 17.0.0.01-76. Система станодартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.
66 Макаров Г.В., Васин А.Л. Охрана труда в химической промышленности. -М.:Химия, 1989 - 495С.
67 Волкова А.А., Тетеркин М.Е., Чекмарева М.А. Определение категории взрывопожарной опасности помещения.- Екатеринбург: УГТУ, 1995 - 12С.
68 Белянин Б. В., Эрих В. Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа. - М.:Химия, 1970. -
1 Голомшток И. С., Овсянников Д. В., Самсонов Н. А. Проектирование и принципы сооружения нефтезаводов. - М.:Гостоптехиздат, 1960.- 126 С.
2 Добрянский А. Ф. Химия нефти. М.:Гостоптехиздат, 1961. – 155 С.
3 Иванова Л. В., Корнеев М. И., Юзбашев В. Н. Технология переработки нефти и газа. - М.:Химия, 1966. – 320 С.
4 Пархоменко В. Е. Технология переработки нефти и газа. - М.: Гостоптехиздат, 1959. – 105 с.
5 Правила эксплуатации нефтегазоперерабатывающих заводов. - М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1966. – 223 С.
6 Проблемы переработки высокосернистых нефтей. ЦНИИТЭНефтехим, 1966. -
7 Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. - Ч. 2.- М.:Химия, 1968. – 230 С.
8 Соколов В. А. Нефть. М.:«Недра», 1970. – 225 С.
9 Фарамазов С. А. Эксплуатация оборудования нефтеперерабатывающих заводов. М.:«Химия», 1969. – 200 С.
10 Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. ч. 3, М.: «Химия», 1967. – 320 С.
11 Эрих В. Н., Расина М. Г., Рудин М. Г. Химия и технология нефти и газа. М.:«Химия», 1972. – 330 С.
12 Краткий справочник физико-химических величин. М.:Госхимиздат, 1957.
13 Справочник химика. т. 1-3, М.:Госхимиздат, 1951-1952.
14 Обрядчиков С. Н. Технология нефти.- Ч. 2.- М.:Гостоптехиздат, 1948. -
15 Горшко В. Д., Розенбаум Р. Б., Тодес О. М. // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1958.- №1.-
16 Дезникович К. А., Тодес О. М. // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1959. - №8.-
17 Скобло А. И., Трегубова А. И., Егров Н. Н. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.- М.: Гостоптехиздат, 1962.-
18 Фазовые равновесия легких углеводородов. - М.: Гостоптехиздат, 1958.-
19 Кафаров В. В. Основы массопередачи. - М.: Высшая школа, 1962. -
20 Кузнецов А. А., Судаков Е. Н. // Известия МВО СССР, Сер. Нефть и газ. – 1964.- № 4 -
21 Дубовкин Н. Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.:Госэнергоиздат, 1962.
22 Хамди А. М., Скобло А. И., Молоканов Ю. К. // Химическая и технология топлив и масел.- 1963.- № 2.-
23 Александров И. А. // Химическая и технология топлив и масел. - 1961.- № 7.-
24 Григорьев В. А., Калач Т. А., Соколовскии В. С., Темкин Р. М. Краткий справочник по теплообменным аппаратам. - М.:Госэнергоиздат, 1962. -
25 Эмирджанов Р. Т. Примеры расчетов нефтезаводских процессов и аппаратов. -Л.:Азнефтеиздат, 1957. -
26 Михеев М. А. Основы теплопередачи. - М.:Госэнергоиздат, 1956.-
27 Хоблер Т. Теплопередача и теплообменники.- М.:Госхимиздат, 1961.
28 Гребер Г., Эрк С., Григулль У. Основы учения о теплообмене. - М.:Издатинлит, 1958. -
29 Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. -М.:Госэнергоиздат, 1959.-
30 Реферативный журнал «Химия».- 1963.- № 17, реф. 17Н55.
31 Антуфьев В. М., Белецкий Г. С. Теплопередача и аэроди¬намическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном по¬токе. Пермь: Машгиз, 1948.
32 Новое нефтяное оборудование. - М.:Гостоптехиздат, 1961.-
33 Теплофизические свойства веществ. Справочник. - М.:Госэнергоиздат, 1956.-
34 Рабинович Г. Г. Расчет нефтеперегонной аппаратуры. - М.:Гостоптехиздат, 1941. -
35 Егиазаров Н. В. Методы расчета аппаратуры и оборудования неф-теперегонных заводов. - М.:Азнефтеиздат, 1935. -
36 Михеев М. А., Михеева И. М. – М.: Краткий курс теплопередачи, 1960. -
37 Ястржембский А. С. Техническая термодинамика. - М.: Госэнергоиздат, 1960.-
38 Бахшиян Ц. А. Трубчатые печи с излучающими стенами топки. - М.:ГОСИНТИ, 1960.-
39 Адельсон С. В. Технологический расчет и конструктивное оформ¬ление нефтезаводских печей. - М.:Гостоптехиздат, 1952.-
40 Блох А. Г. Основы теплообмена излучением. - М.:Госэнергоиздат, 1962. -
41 Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов, М.:Физматгиз, 1959.
42 Ярослав К., Владимир Р. Трубчатые печи в химической промышленности. - М.:Гостоптехиздат, 1963.-
43 Введенскии А. А. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов. М.:Гостоптехиздат, 1960.
44 Экспресс-информация. Химия и переработка нефти и газа. № 26, реф. 246 1963.- С.
45 Рабинович Г. Г., Адельсон С. В. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей промышленности.- М.: Гостоптехиздат, 1949. -
46 Казьмин Г. И., Гвоздецкий Л. А., Касаткин В. А., Семенов Б. С. Нефтепеперерабатывающие заводы США. - М.: Гостоптехиздат, 1962. -
47 Экспресс-информация. Процессы и аппараты химических производств. № 7, реф. 54, 1963.
48 Америк Б. К. Технология переработки нефти и газа. Нефтехимия// Труды ГрозНИИ.- Вып. XII, М.: Гостоптехиздат, 1963. -
49 Экспресс-информация. Процессы и аппараты химических производств. № 5, реф. 40, 1963.
50 Краснощеков Е. А., Сукомёл А. С. Задачник по теплопередаче. - М.:Госэнергоиздат, 1963. -
51 Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- М.:Госхимиздат, 1961. -
52 Кобе К. А., Мак-Кет Дж. Дж. Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки.- М.:Гостоптехиздат, 1960. -
53 Обрядчиков С. Н. Технология нефти. М.:Гостоптехиздат, 1952.
54 Гоихрах И. М., Пинягин Н. Б. Химия и технология искусствен¬ного жидкого топлива. М.:Гостоптехиздат, 1960.
55 Реферативный сборник. Сер.Химия и переработка нефти. - Вып. 45.- 1947. – С.
56 Вукалович М. П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. -М.:Машгиз, 1958.-
57 ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
58 ГОСТ 12.2.033-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.
59 Лазарев Н. В., Левина Э.И. Вредные вещества в промышленности. М.: Химия,1976.- Т.1-592С., Т.2-600С., Т.3-608С.
60 ГОСТ 12.4.021-75 ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования.
61 СНиП 23-05-95. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение. М.: «Стройиздат»,1995.
62 ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.
63 ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.
64 ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывобезопасность веществ, материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
65 ГОСТ 17.0.0.01-76. Система станодартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.
66 Макаров Г.В., Васин А.Л. Охрана труда в химической промышленности. -М.:Химия, 1989 - 495С.
67 Волкова А.А., Тетеркин М.Е., Чекмарева М.А. Определение категории взрывопожарной опасности помещения.- Екатеринбург: УГТУ, 1995 - 12С.
68 Белянин Б. В., Эрих В. Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа. - М.:Химия, 1970. -
Кіріспе
Өзектілігі. Мұнай химиясы - мұнайдан және табиғи газдан пайдалы химиялық өнімдерді алудың ғылыми негізін оқытатын химияның саласы. Мұнай химиясының жетістіктері практикада мұнай химиясының өндірісінде іске асырылады. Ол өндіріс - химиялық өндірістің өте қажетті және жылдам дамып жатқан бөлімі. Қазіргі кезеңде мұнай химия өндірісінің дамуы соншалық, көптеген өндірістері дамыған елдерде оның өнімдері жалпы химиялық өндірістің маңызды, ал кей кезде тіпті көп бөлігін құрайды.
Жасанды органикалық өнімдерді өндірудің үш негізгі шикізат көздеріне өсімдік заттары, тас көмір және мұнай жатады. Үшеуінің әрқайсысының ерекше артықшылықтары бар, бірақта тәжірибе (экономикалық тұрғыдан қарағанда) көрсеткендей. Мұнаймен қамтамасыз етілген елдерде (оларға Қазақстан да жатады) соңғысының маңызы химиялық өндірісте шикізат көзі ретінде өте жоғары және ол тоқтаусыз өсуде.
Мұнайхимиялық өндірістің кеңінен дамуына қарамастан шикізатты тұтыну көлемінің тұрғысынан қарағанда мұнай өңдеу өндірісінің көлемімен салыстырғанда әлдеқайда аздау, өкінішке орай тек отындық бағытқа бет бұрған.
Жер қыртысында түрлі тереңдікте (2000м. дейін және одан да көп) геологтар сұйық жанғыш минерал - мұнайды анықтайды. Бұл минерал көзге май тәріздес, қара сұйықтық болып келеді. Түсі әдетте шайыр тәріздес заттардың мөлшері мен құрылымынан тәуелді. Сол себепті түссіз мұнай да кездеседі. Тұтқырлығы орташа есеппен 510-6 - 10010-6 м2сек, ал кейде тіпті одан да жоғары болуы мүмкін. Мұнайдың тұтқырлығы сумен салыстырғанда жүздеген есе көп, ал тығыздығы біршама аз.
Мұнай біртекті сұйықтық емес, керісінше, ол түрлі молекулалық салмақты көмірсутектердің күрделі қоспасы мен күрделі химиялық құрамды, яғни кейде көп мөлшерде күкіртті, азотты, оттекті және шайырлы болып келеді. Мұнай шамамен 40 - 5000С температурада қайнап, түрлі фракцияларда айдалады. Айдаудан кейін қалған қалдық - гудрон - аз қозғалатын зат. Мұнай жанғанда күл қалмайды. Мұнай құбырларды бұрғылау жолымен жер бетіне газдар қысымымен немесе сорғыш арқылы алынады.
Мұнай алғашында теңіз тұнбасы ретінде бөлінген өлі өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтарының ыдырау және күрделі химиялық ауысуларының өнімі болып табылатын органикалық текті зат ретінде белгілі болды. Мұнай көздерінің барлығы тұзды теңіз суында түзілген тұнбалы жыныстардың туындысы.
Мұнай үшін негізгі органикалық материал ретінде гидросферада өмір сүретін (планктон) өсімдік және жануар микроорганизмдері және өмірлері теңіз түбінде өтетін бенталды организмдер (бентос) үлкен ролін атқарады. Осы жинақталған органикалық тұнба - су қоймасының түбіне тереңдікте жинақталады. Мұндай тұнбаның беткі қабаты - пелоген, ал төменгі бөлігі - сапропел деп аталады. Сонымен теңіз түбінде тұнған тұнба мұнайдың бастапқы негізі болып табылады.
Мұнай өнімдері құрылыс жұмыстарында түрлі маркалы битум сонымен қатар резина өндірісінде кең қолданылады.
Мұнай шикізатінан ацетиленді және диолефиндерді, ароматты көмірсутектерді өндірістік өндіру қалыптасты.
Егер ең алғашқыда мұнайлыхимиялық өндірісінде негізгі алғашқы шикізат ретінде олефиндер болса, ал сол мезгілде сахнада парафиндер, диолефиндер, ацетилен және ароматты көмірсутектер шыға бастады.
Қырықыншы жылдары мұнайлы шикізаттан бензолды, толуолды және ксилолдарды өндірістік өндіру игерілді, себебі, осы ароматты көмірсутектердің кәдімгі көзі - тас көмір шайыры - химиялық өндірістің өсіп жатқан сұранысын қанағаттандырмады.
Мұнайдан алынып жатқан және әрі қарай химиялық өңдеуге қосылып жатқан көмірсутектердің ассортиментінің көбеюімен қатар жаңадан химиялық өндірістер құрыла бастады, оларға мұнай алғашқы өнімдердің көпшілігінің нақты көзі болды. Осы жаңа өндірістердің ішінен жасанды каучук, жасанды талшықтарды, пластмассаны және жуғыш заттар өндірісін атап кеткен дұрыс.
Мұнай мен табиғи газ барлық халық шаруашылығының дамуында маңызды мағынаға ие. Мұнайдан:
* іштен жану қозғалтқыштары үшін: отын ретінде бензин, керосин, дизельді отын;
* газды турбиналар мен қазандықты қондырғылар үшін: отын, реактивті отын, майлау және арнаулы майлар, парафиндер;
* жол құрылысы: үшін түрлі маркалы битум, синтетикалық май қышқылдары;
* резина өндірісі үшін: күйе;
* электродтар үшін кокс және т.б. алынады.
Өлі өсімдік және жануарлар ағзаларының теңіз суларында оттегі мен бактериялардың әсерінен ыдырауы бір жағынан, суда еритін сұйық және газ тәрізді өнімдердің, ал екінші жағынан химиялық және бактериялық әсерлерге тұрақты тұнбалардың түзілуіне әкеледі. Бұл тұнбалар ақырындап тұнбалық қабаттарда жинақтала бастайды. Табиғи газ ынғайлы және арзан энергетикалық тұрмыстық отын. Қазіргі уақытта табиғи газ, мұнайға серіктес газдар, мұнай өндеу газдары, мұнайдың жекелеген фракциялары, ароматты көмірсутектер, сұйық және қатты парафиндер толтырылмайтын химиялық шикізат болып табылады.
Ароматты көмірсутектер газдық фазада молекулалық оттекпен (катализаторсыз) парафиндерден және олефиндерден нашар тотығады. Ол олардың жоғарғы туындыларына байланысты. Молекулалық салмақ, сонымен қатар ароматтық ядромен байланысты алкилды тізбектердің саны және ұзындығы өскен сайын тотығу жылдамдылығы артады. Парафиндерді тотықтыру жағдайындай алдымен бүйір тізбектер тотығады. Қатаң жағдайда ароматтық ядроның альфа-орындағы көміртек атомында тізбек үзіледі және ароматық қышқылдар түзіледі. Ароматтық ядродағы көміртек атомдары алкилді тізбектер тотыққаннан кейін тотығады.
Табиғи газды және мұнайлы шикізаттың негізінде мұнайхимиясы синтезінің түрлі процестері ірі химиялық өндіріс саласын құрайды. Бұл саланың өнімдеріне полимерлі материалдар мен пластикалық массалар, синтетикалық талшықтар, синтетикалық каучук, синтетикалық жұғыш заттар, спирттер, альдегидтер, кетондар, ақуыздар және т.б. бағалы материалдар мен тауарлар жатады. Сол себепті қазіргі уақытта мұнай өндіруші, мұнайөндеуші және мұнай химиясы өндірісіне көп көңіл аударылады
Жұмыстың мақсаты: Мұнайдың химиялық құрамын зеттеу. Жұмыстың ғылыми жаңалығы мұнайдың құрамындағы жаңа әдістердің көмегімен алу.
Зерттеудің негізгі мақсаты: Ароматты көмірсутектерді алу жолдарын талдау.
Дипломдық жұмыс кіріспе, үш бөлімнен, қорытынды, қолданылған әдебиет тізімі, қосымша, қысқартылған сөздер түсініктемесінен тұрады, көлемі 63 бет. Оның ішінде суреттер, кестелер берілген.
1 Әдебиеттік шолу
1.1 Мұнайхимиялық өнеркәсіптің даму тарихы
Мұнайды химиялық өңдеу өндірісі 1919 - 1920 ж.ж. АҚШ-та басталды. Жиырмасыншы - отызыншы жылдары бұл елде қарапайым олефиндерді - (этилен, пропилен және бутилен) өңдеудің және қолданудың өндірістік әдістері жасалды. Соңғылары сұйық мұнайлы фракцияларын крекинглеу арқылы алынатын.
Жасалған өндірістік процестердің олефиндерді хииялық өңдеудің сол кезеңде спирттерді алуға әкелетін күкіртқышқылдық гидрадтау (кейбіреулері альдегидтерге және кетондарға дегидрленген) және гипохлорлау реакциясы арқылы олифендерден олардың оксидтерін алу болатын. Өндірістік көлемде этилен оксидіне және пропилен оксидіне қол жету олардың негізінде алынатын мынадай: гликольдер, алканоламиндердің және гликольдердің жай және күрделі эфирлері сияқты құнды химиялық өнімдерді алуға әкелді. Барлық осы қосылыстар автомобиль өндірісінде (антифприздер, лак бояу қаптауларды жақтыруда және тағы басқа) кеңінен орын тапты [1].
Сол мезгілде осы бағытта қарқынды зерттеулер жүрді, олар кейінен көптеген жаңа технологиялық процестердің негізіне енді.
Екінші дүниежүзілік соғысынан кейін қырқыншы және елуінші жылдары мұнайды химиялық өңдеу өндірісі тек қана АҚШ емес, олар Еуропа елдерінде де әрі қарай кеңінен дамыды. Көмірсутектерді алу және бөлу технологиясы жақсарды. Жаңа конструкциялық материалдардың пайда болуы мынаған әкелді, крекингпроцестерді қатал жағдайларда өткізіле басталды, ол олефинтуындылардың мөлшері мен ассортиментін арттырды.
Мұнайдың түзілуі - бұл өте баяу жүретін процесс. Процесс жүру үшін көптеген миллиардтаған жылдар мен сыртқы ортаның түрлі факторларының әсері қажет [2].
Мұндай факторларға келесілері жатады:
1. Тау жыныстарының (негізінен балшықтың каталитикалық әсері.
2. Радиоактивті элементтердің энергиясының әсері.
3. Жоғары температура (250ºС-дан жоғары).
4. Жоғары қысым (50 - 200атм).
5. Микроорганиздердің биохимиялық әрекеті.
Жер қабатында мұнайдың түзілуі, жерде органикалық өмірдің қызу, даму сәтінен шамамен 350 - 400 млн. жыл бұрын басталды.
Жасанды каучуктың сұранысы (н - бутаннан және н - бутиленнен) девинилді және (бензолдан және этиоленнен) стиролды өндірудің мұнайхимиялық өңдеу процесін жасауға әкеп соқты.
Нейлонның сұранысы мұнайдан циклогександы бөліп алуды әкелді. Целлюлоза ацетатының сұранысы сірке ангидридін өндіруді ұйымдастыруға әкелді. Оған қажетті жасанды этил спирті этиленнен және ацето пропиленнен алынып, шикізат рөлін атқарды [3].
Өсіп жатқан жасанды шайырға сұранысты қанағаттандыру үшін стиролды, хлорлы винилді, формальдегидті мұнайхимиялық жолмен алынған жасанды метанолдан және несепнәрді (мочевинаны) аммиактан өндірілуі игерілді. Соңғысының синтезінде мұнай газдарын су буымен конверсиялау арқылы алынатын сутек қолданылады (сәйкесінше сурет 1).
1 cурет Көмір, мұнай, табиғи газ шикізаты
Қазіргі уақытта майлы сабынның сұранысына қарағанда сұранысының басымдылығы артып жатқан жасанды жуғыш заттар мұнайдан алына бастады. Оларды өндіру үшін қызықты бірқатар мұнайхимиялық синтездеу игерілді:
1) бензолды немесе керосинді хлорлау арқылы немесе пропиленді полимерлендіру арқылы өте тармақталған тізбекті олефиндермен алкилдеу арқылы алкиларилсульфонаттарды алу;
2) қатты парафиннен екіншілікті спирттердің сульфадтарын өндіруге қажетті ұзын тізбекті олефиндерді алу.
Мұнайдың барлық компоненттерін құрайтын басты элементтері көміртек пен сутек. Олардың мөлшері әр мұнайда әр түрлі (C) 83,5 - 87% және (Н) 11,5 - 14% аралығында. Сутегі мөлшерінің жоғары болуы мұнай күйінің - сұйықтығын сипаттайды. Көміртегі мен сутекпен қатар мұнайларда күкірт, оттек және азот кездеседі [4].
Мұнай компоненттерінің негізгі салмағы - көмірсутектерден тұрады. Құрылымы бойынша 250 - 300ºС және 300 - 350ºС температура аралығындағы фракцияларында қарапайым қосылыстар кездеседі.
Олар келесі гомологтық қатарларға жатады.
CnH2n+2 - метан немесе парафинды қосылыстар (алкандар), яғни қаныққан көмірсутектер.
CnH2n - циклопарафиндер, нафтендер (циклогексан, циклопентан).
CnH2n-2 - дициклопарафиндер (бесмүшелік, алтымүшелік және аралас).
CnH2n-4 - үшциклопарафиндер.
CnH2n-6 - ароматты, бензолды қосылыстар, арендер.
CnH2n-8 - нафтенді ароматикалық қосылыстар.
CnH2n-12 - бициклды ароматикалық қосылыстар.
Мұнай құрамындағы көмірсутектеріне қарай 6 топқа бөлінеді:
парафинді;
парафинді-нафтенді;
нафтенді;
нафтенді-ароматты;
парафинді-нафтенді-ароматты;
ароматты.
Ал мұнай құрамында қатты парафиндер 1,5%-ға дейін болса, оны аз парафинді, 1,5 - 6% - парафинді, 6%-дан жоғары болса - жоғары парафинді деп бөледі.
Мұнайдың тығыздығы 0,72 - 1 гсм3, қату температурасы - 20 + 20ºС, қайнау температурасы 100ºС-дан кем, түсі сарыдан қоңырға дейін [5].
Бензинді фракцияда қосылыстардың тек үш класы кездеседі: алкандар, циклоалкандар және бензолдың ароматты қатары.
350ºС температурадан жоғары қайнайтын мұнайдың жоғары молекулалық бөлігінің химиялық құрамы күрделі және аз зерттелген. Бұл фракция - мазут, май фракциялары және гудроннан тұрады. Майдың бұл бөлігі әртүрлі құрамды және құрылымды заттардың қоспасынан тұрады.
CnH2n+2 қатарындағы көмірсутектер барлық мұнай түрлерінде кездесіп, оның негізгі құрам бөлігінің бірі болып табылады. Олар фракциялар бойынша негізінен мұнай газдары мен бензинді-керосинді фракцияларда көп мөлшерде кездесіп, ал май фракцияларында мөлшері қүрт төмендейді. Кейбір мұнайлар үшін жоғары температурада қайнаған фракцияларында парафиндер мүлдем болмауы да мүмкін.
С1-С4 көмірсутектер мұнайда: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, 2,2-диметилпропан қалыпты жағдайда газ тәрізді күйінде кездеседі. Олардың барлығы табиғи және мұнай газдарының құрамына кіреді.
Газды кен орындары үш түрлі болады:
1) табиғи газдар негізінен метаннан тұрады. Қоспа ретінде этан, пропан, бутан, пентан, СО2, N2, кейде C2S кездеседі;
2) газды - конденсатты газдарда метанға пентан және одан жоғары гомологтар серіктес болады;
3) мұнай газдары мұнайға серіктес газдар деп аталады. Бұл газдар мұнайда еріп, мұнай жер бетіне шыққанда бөлінеді. Мұндай газдардың құрамы - этан, пропан, бутан және жоғары молекулалы көмірсутектерден тұрады. Сондықтан, майлы және бай газдар деп аталады [6].
Сұйық парафинды көмірсутектер - С5-С15 көмірсутектер. өздерінің қайнау температурасы бойынша пентан, гексан, гептан октан және басқа да көптеген изомерлер. Мұнайды айдау бойынша олар бензинды дистилятта болады.
Қатты парафинды көмірсутектер - гексадекан С16Н34 18,1ºС температурада балқиды. Көмірсутектердің молекулалық салмағының өсуімен CnH2n+2 гомологтық қатарының көмірсутектерінің қайнау температурасы ұлғаяды.
Парафиндер мұнайда еріген немесе кристалды күйде кездеседі. Мазутты айдау барысында майлы фракцияға С17 ден С15 - ке дейінгі құрамды парафиндер түседі. Ал гудронда жоғары балқымалы С36-С53 көмірсутектері жинақталады.
Қазіргі уақытта парафиндермен қатар мұнай да кристаллизацияға қабілетті циклды құрылымды органикалық заттар - церезиндер кездеседі [7].
Церезиндер - жоғары молекулалы және жоғары температурада балқитын көмірсутектердің қоспасы. Олар мұнай өнімдерінің қалдықтарының минералы.
Парафиндер мен церезиндер өндірістің көптеген салаларында өз қолданыстарын табуда, мысалы, электро- және радиотехникада, қағаз, сіріңке, химия, парфюмерия және т.б. өндірістерінде. Көміртек атомдарда тетраэдр құрып орналасады. Алкандардағы көміртек атомының орталығы 0,154 нм ара қашықтығында. Ал көміртек атомының орталығынан сутек атомының орталығы арасында 0,11 нм. Бірақ С-С байланысы арқылы көміртек тізбегі әр түрлі конформацияларға ие. Балқу температурасы тек молекулалық салмағынан ғана емес, сонымен қатар алкандардың құрылысына тәуелді.
ХІХ ғасырдың соңында мұнайлардың құрамында циклді құрылымды CnH2n қатарындағы көмірсутектер кездесетіндігі анықталған. Сол кезде циклопентан, циклогексан, метилциклопентан және т.б. С15-ке дейінгі гомологтар ашылған. Бұл циклопарафиндер, цикландар немесе нафтендер деп аталды. Нафтендер басқа көмірсутектермен салыстырғанда мұнай құрамында басымырақ болады. Тек жоғары қайнау температуралы май фракцияларында ароматты құрылымдардың басымдылығымен азаяды [8].
Қарапайым цикландар - циклопропан, циклобутан және олардың гомологтары әр түрлі мұнайларда кездеседі.
Химиялық қасиеттері бойынша нафтендер алкандарға ұқсас. Олар үшін азот қышқылы және галоидтермен реакциялар тән. Соның нәтижесінде екіншілік және үшіншілік нитро-және галоид туындылары түзіледі. Жоғары температурада және түрлі катализаторлар қатысында нафтендер ыдырап, сақинадағы көміртегі атомдарының санын өзгерте отырып изомерленеді.
ХІХ ғасырда Морковников мен Оглобин ғалымдары мұнайды зерттеу барысында оның құрамынан бензол, толуол, этилбензол, ксилолдар, 1,2,4-үшметилбензолдар және т.б. көмірсутектердің осы класының басқа өкілдерін анықтаған.
Құрамында ароматты көмірсутектердің болуы бензин үшін тиімді, себебі олар жоғары октандық санға ие, керісінше, дизельды отындарда олардың мөлшерінің көп болуы отынның жану процесін нашарлатады [9].
Бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол, ксилол, нафталин сияқты ароматты қосылыстар - синтетикалық каучук, пластикалық масса, синтетикалық талшықтар, қопартқыштар, анилинді бояулар және фармацевтикалық заттар өндірістері сияқты химия өнеркәсібінің салалары үшін өте бағалы шикізат болып табылады.
Мұнайдың құрамында гетероатомды азотты, күкіртті және оттекті қосылыстар да кездеседі. Мұнай құрамындағы оттектің мөлшері 0,1 - 1%-ға дейін. Көп мөлшерде оттек 2%-ға дейін жоғары шайырлы мұнайларда болуы мүмкін. Азоттың да үлкен үлесі ауыр фракцияларда және қалдықты өнімдерде жинақталады. Көбінесе олар пиридин (1), хинолин (2), изохинолин (3), және аз мөлшерде акридиннің гомологтары болып табылады (4)
Нейтралды қосылыстар (80%-на дейін) азотты қосылыстарынан құрылады және мұнайдың жоғары молекулалы бөлігінде жинақталады. Олардың құрылысы аз зерттелген. Кейбір мұнай құрамында пиррол (5), индол (6), карбазол (7) гомологтары кездеседі:
Мұнайдағы көптеген күкіртті қосылыстары термиялық тұрақсыз. Сондықтан крекинг және басқа да өндеу барысында мұнай дистиляттарда күкіртті қосылыстардың ыдырау нәтижесіндегі қосылыстар күкірті сутек және меркаптандар жинақталады [10].
Ондай мұнайларда күкірт келесі түрлерінде болады:
* меркаптандар (этилмеркаптан - C2H5SH, бутилмеркаптан - C4H9SH),
* тиофендер,
* алифатикалық сульфидтер немесе тиоэфирлер (R-S-R'), диметилсульфид, этилсульфид әртүрлі құрылымды полициклды күкіртті қосылыстар тиофен немесе циклды сульфидтер және т.б.
Мұнайдағы ең жоғары молекулалы гетероорганикалық қосылыстар құрамына күкірт, оттек, азот, сонымен қатар металдар кіретін заттар шайырлы-асфальтенды заттар деп аталады.
Мысалы, молекулярлық салмағы 930 тең шайыр фракциясына элементарлық сараптама нәтижесінде келесі эмпирикалық формуласы ұсынылған С65Н105 SО:
Химиялық сипаттамалары бойынша шайырлардан аздаған заттар жиынтығының қышқылды сипаттамалары бар, асфальтенды қышқылдар деп аталатын заттарды бөлуге болады.
Нейтралды шайырлардың жіктелуінің негізіне олардың әр түрлі еріткіштерде еруі алынады:
1) Нейтралды шайырлар - бензинде, петролей эфирінде, пентан, гекссанда еритін қосылыстар.
2) Петролей эфирінде ерімейтің, бірақ ыстық бензолда еритін асфальтендер.
3) Карбендер - пиридинда, көміртекті күкіртте (CS2) еритін заттар.
4) Карбоидтар - ешбір еріткіште ерімейтін қосылыстары.
Сондай-ақ мұнайда аз мөлшерде V, Ni, Fe, Mg, Cr, Ti, Co, K, Na, P, Si т.б. металдар кездеседі [11].
1.2 Мұнай және оның дистиляттарының физикалық және химиялық қасиеттері
Мұнай және мұнай өнімдерінің салыстырмалы тығыздығы оларды анықтау температурадағы массасының сол көлемдегі 4ºС температурадағы таза судың салмағына қатынасы. 4ºС температурадағы судың тығыздығы үлкен шамаға ие және бірлік ретінде алынған. Тығыздық - көлем бірлігіндегі салмағының мөлшері. СИ жүйесі бойынша тығыздық кгм3, гсм3, кгл. Ал тәжірибе жүзінде өлшемсіз шама - салыстырмалы тығыздық қолданады. Тығыздықпен салыстырғанда меншікті салмақ көлем бірлігінің салмағы, яғни көлем бірлігінің жерге тартылу күші, өлшем бірлігі - нм3. Тәжірибе жүзінде салыстырмалы меншікті салмақ дегеніміз 20ºС температурадағы мұнай және мұнай өнімінің салмағының сол көлемдегі 4ºС температурадағы таза су салмағына қатынасы () қолданылады. Зат салмағы оның салмағына пропорционалды болғандықтан, салыстырмалы тығыздық пен меншікті салмақ сан жүзінде бір біріне тең [12].
Судың +4ºС температурадағы тығыздығы 1гсм3 болса, онда мұнай және мұнай өнімдерінің салыстырмалы тығыздығы олардың 20ºС температурадағы гсм3-пен сипатталатын тығыздығына сәйкес келеді. Тығыздық пен меншікті салмақ температурадан тәуелді. Әдетте температураның жоғарлауымен мұнай және мұнай өнімдерінің тығыздығы азаяды. Көптеген мұнай және мұнай фракциялары үшін, әсіресе температураның аз аралығында (0 - 50ºС) меншікті салмақ пен тығыздықтың температурадан тәуелдігі сызықты сипатталады:
(1)
Мұнда γ - (t2-t1)=1 болғандағы меншікті салмақтың (тығыздықтың) 1ºС температура өзгергендегі өзгерісті немесе температуралық қателікті бейнелейді (сәйкесінше сурет 2).
Бұл теңдеумен белгілі t2 температурадағы тығыздықты, меншікті салмақты d1 t1-температурадағы белгілі болса есептеуге болады.
Тығыздық пен меншікті салмақты анықтауды ареометр (мұнай денсиметрлермен) және Мора-Вестфаль таразымен немесе пикнометрлік әдіс көмегімен анықтайды.
2 сурет Тығыздықты анықтауға қоланылатын пикнометрлердің түрлері
Егер анықтауды белглі температурада жүргізіліп отырса, онда формуламен есептеуге болады:
=+γ(t-20) (2)
Мұнайдың тығыздығына көптеген факторлар әсер етеді. Негізгілері - құрамында еріген газдардың және шайырлардың мөлшері, ал дистилаттар үшін оның химиялық құрылысы [13].
Мұнай фракцияларының тығыздығы химиялық құрамынан тәуелді. Мысалы, ароматты көмірсутектер ең жоғары тығыздығымен, парафинды - ең төмен, ал нафтенды орташа тығыздықтармен сипатталады. Сонымен, тығыздығы бойынша фракцияларының химиялық құрылымы туралы алдын - ала қорытындыларды жасауға болады. Тығыздықсыз мұнайдың қайнау температурасы жоғары фракцияларының құрылымдық - топтық анализін жасауға мүмкін емес.
Бір гомологтық қатардағы көмірсутектер үшін Смиттенберг ғалым ұсынған әр бір көмірсутектің тығыздығы көміртек атомдарының санынан немесе молекулалық салмағынан эмпирикалық тәуелдікте болады:
(3)
Мұндағы х - көмірсутектің физикалық константалары, соның ішінде тығыздығы; хinfinity - көміртек атомының шексіз үлкен шамадағы физикалық константаның шегі; k мен Z белгілі гомологтық қатарды сипаттайтын тұрақты шамалар.
Мысалы, н-алкандар (CnH2n+2) үшін
н-α алкендер (α-CnH2n) үшін
Көптеген мұнайлардың орташа молекулалық салмағы 250 - 300-ге тең. Мұнай құрамындағы сұйық көмірсутекті бірінші өкілі пентанның салмағы 72-ге тең. Ал мұнайдың жоғары молекулалы гетероатомды құрылысты шайырлардың және асфальтендердің молекулалық салмағы 1200-2000-ге тең. Мұнай және мұнай өнімдерінің молекулалық салмақты білу май фракцияларының құрылымды - топтық анализ жүргізгенде, йодты және бромды сандар арқылы қаныққан көмірсутектерінің мөлшерін анықтағанда, әр түрлі технологиялық есептерді жүргізгенде қажет [14].
Молекулалық салмақты эксперименталды анықтау үшін криоскопиялық және эбулиоскопиялық әдістері қолданылады.
Молекулалық салмақты криоскопиялық әдісімен анықтағанда таза еріткіштің қату температурасымен салыстырғандағы Δtқату, сол еріткіштегі зерттелетін сұйықтың қату температурасын байқайды, және молекулалық салмақты келесі формуламен есептейді:
(4)
Мұндағы k - берілген еріткіштің криоскопиялық тұрақтысы; g - зерттелетің заттың салмағы; G - еріткіштің салмағы.
Криоскопиялық тұрақтысы k - 1000г еріткіштегі 1 моль зат ерітілген ерітіндісінің қату температурасының төмендеуі. Ол ерітілген зат табиғатынан тәуелсіз шама.
Мұнай өнімдерінің молекулалық салмақты анықтағанда көбінесе бензол (k=5,12), ал жоғары молекулалы фракциялар үшін нафталин (k=6,9) және камфораны қолданады.
Молекулалық салмақты эбулиоскопиялық әдісімен анықтағанда, таза еріткіштің қайнау температурасымен салыстырғандағы Δtқайнау, сол еріткіштегі зерттелетін сұйықтың қайнау температурасын байқайды. Есептеуді жоғарыда көрсетілген теңдеумен жүргізеді. Еріткіш ретінде бензол (kэ=2,64), нитробензол (kэ=5,27) және т.б. заттар қолданылады [15].
Қату температурасының төмендеуі де қайнау температурасының жоғарлауы да сұйытылған еріткіштерде Рауль заңына бағынады. Молекулалық салмақты анықтауы Бекман термометрі бар қондырғыларда жүргізіледі. Сол термометр көмегімен температураның өзгерісі жүздеген, мыңдаған дәлдікпен анықтауға болады.
Сұйықтың өз бөлшектеріне әсер ететін күштерге қарсыласу қасиетін тұтқырлық немесе сұйықтың ішкі үйкелісі деп аталады. Тұтқырлықтың шамасы сұйықтың табиғатынан, яғни оның химиялық құрылымы мен молекулалық салмағынан тәуелді. Ал мұнай және мұнай өнімдері сияқты күрделі қосылыстар үшін тұтқырлық олардың химиялық құрам тобының функциясы болып табылады [16].
Ньютон заңы бойынша сұйықтың ішкі үйкеліс күші (f) оның әсерлесу қабаттарының бетінен (S), олардың салыстырмалы қозғалысының жылдамдықтарының өзгерісінен (Δv), қабаттардың аралықтары (Δh) және сұйықтың молекулалық қасиеттерінен тәуелді:
(5)
η - ішкі үйкеліс немесе динамикалық тұтқырлық; - жылдамдық градиенті.
Динамикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі пуаз (пз) немесе 1см2 аудандағы бір-бірімен 1 см ара-қашықтықта және бір-бірінен 1смсек жылдамдықпен қозғалатын 1дин-ға тең кедергі күші. Сонымен қатар СИ жүйесінде динамикалық тұтқырлықтың өлшем бірліктері: динсексм2 немесе гсмсек Нсекм2 немесе кгмсек. Бұл өлшемі пуаздан 10 есе көп, сондықтан 1 пз=0,1 Нсекм2.
Практикада көбінесе кинематикалық тұтқырлықты қолданады. Кинематикалық тұтқырлығы белгілі температурада сұйықтың динамикалық тұтқырлықтың сол сұйықтың тығыздығына қатынасы. Кинематикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі стокс (ст). Кинематикалық тұтқырлығы мұнай майларының негізгі физико-механикалық қасиеті болып табылады [17].
Майлаушы майлардың гидродинамикалық тәртібінде майлауды жүзеге асыруы, яғни сұйықтың құрғақ үйкелісін алмастыруы тұтқырлығынан тәуелді. Тұтқырлығына температура әсерін тигізеді. Температура төмендеген сайын тұтқырлығы жоғарылайды. Вольтер кинематикалық тұтқырлықтың температурадан эмпирикалық тәуелділігін ұсынған:
lglg(vt+0,1)=A-BlgT (6)
Бұл тәуелділік әр түрлі температурадағы тұтқырлықты анықтауды мүмкіндігін береді.
Тұтқырлықты анықтау вискозиметрлерде жүргізіледі. Осы әдістеме негізінде динамикалық тұтқырлығы келесі Пуазейль теңдеуімен сипатталады:
(7)
Мұндағы Р- қысым; V - көлем; r - мен l капилярдың радиусы мен ұзындығы.
Вискозиметрдің геометриялық пішіні тұрақты болғандықтан, Пуазейль теңдеуі қарапайымдалады.
η=DP және V=k
D, k - вискозиметрдің тұрақтылары.
Көптеген мұнай өнімдері үшін Энглер вискозиметрлерде анықталатын шартты тұтқырлық ұғымы қабылданған. Шартты тұқырлығы 200мл зерттелетін мұнай өнімінің вискозиметрден ағып өту уақытының 20ºС температурадағы 200мл дистилдеген судың ағып өту уақытына қатынасына тең. Шартты тұтқырлық салыстырмалы шама болғандықтан шартты градустармен өлшенеді [18].
Шартты мен кинематикалық тұтқырлық арасындағы келесі тәуелділік бар:
(8)
Мұндағы ШТ - шартты тұтқырлық; vt=7,4ШТt немесе ШТt=0,135vt.
Мұнай және мұнай өнімдердің тұтқырлығын білу әр түрлі технологиялық қондырғылардың есептеу үшін, ал майлау және басқа ауыр мұнай өнімдерінің эксплуатациялық жағынан білу қажет. Тұтқырлығына молекула құрылысы мен температура әсер етеді.
Мұнайдың оптикалық қасиеттері. Мұнайдың оптикалық қасиеттеріне түсі, флуоресценция және оптикалық белсенділік жатады. Көптеген мұнайлар қызғылт-қоңыр, қоңыр, ал кей біреулері тіпті қара түсті болады. Ақшыл мұнайлар өте жеңіл, шайырлы заттар жоқ және газды-конденсатты түрлі мұнайлар да болады. Мұнайдың түсін олардағы шайырлы-асфальтенді және күкіртті қосылыстар береді. Сондықтан мұнай ауыр болғаннан сайын және құрамындағы шайырлы-асфальтенді заттар көп болған сайын оның түсі қаралау болады. Мұнай дистиллатарын түпкілікті тазалау түссіз мұнай өнімдерін алуға мүмкіндігін береді [19].
Мұнай және мұнай өнімдеріне флуоресценция құбылысы тән. Флуоресценция - жарықты шағылту процесі. Судағы мұнай өнімдері түрлі спектрлермен шағылататыны немесе жарықта керосиннің көкшіл түске ие болатыны белгілі. Мұнай флуоресценцияның себептері белгісіз. Ал мұнайды тазалау барысында флуоресценция құбылысы жойылады.
Органикалық қосылыстардың оптикалық белсенділігі деп, күн сәулесінің түзусызықты полярланған сәуленің поляризация кеңістікті айналуын айтады. Бұл құбылыстың практикалық маңызы жоқ.
Егер мұнайды ультракүлгін сәулелерімен сәулендірсе, олар жарқырайды, яғни люминисценциялайды. Бұл қасиетті шайырлар, полициклды ароматты көмірсутектер, порфириндер және басқа жоғары молекулалы қосылыстарда кездеседі [20].
Люминисценция негізінде битумды қосылыстардың сапалық және сандық анализдер енгізілді. Бұл әдіс көбінесе геологтық жұмыстар жүргізгенде қолданылады. Анализ люминископ қондырғыда жүргізіледі.
Мұнай құрылысын зерттеуінде, әсіресе құрылымдық-топтық анализінде көмірсутектердің және мұнай фракцияларының сыңу көрсеткішінің маңызы зор. Егер сәуле бір ортадан басқа ортаға өтетін болса, ол өз жылдамдығын және бағытын өзгереді. Түсу бұрышының синусының сыңу бұрышының синусына қатынасы сыңу көрсеткіші деп аталады, яғни ол ортаның оптикалық тығыздығын сипаттайды. Сыңу көрсеткішінің абсолюттік мәні түсетің сәуленің толқын ұзындығынан және температурадан тәуелді, сондықтан сыңу көрсеткішінде екеуі де көрсетілу қажет, мысалы, . Көбінесе натрийдің сары сызықтары (0=589ммк) үшін сыңу көрссеткішін анықтайды .
Көмірсутектердің сыңу көрсеткіші олардың тығыздықтарынан тәуелді, мысалы, алкандар үшін С6-18 келесі тәуелділік анықталған:
=0,52167+1,03104 (9)
(10)
Әр түрлі есептер мен салыстырмалар үшін тығыздық пен сыңу көрсеткішін комплексті константаларға жалпылайды. Оларға меншікті рефракция, рефрактометриялық айырымы, меншікті дисперсия жатады.
Меншікті дисперсия деп спектрдің екі әр түрлі бөлімдері үшін сыңу көрсеткішінің айырымының тығыздыққа қатынасы:
(11)
Мұндағы nF - сутектің көгілдір сызығы үшін көрсеткіші (F=4861ммк); nC - сутектің қызыл сызығы үшін сыңу көрсеткіші (С=6563ммк).
Мұнайдың фракцияларының химиялық құрамын зерттегенде келесі спектралды әдістері кең қолданылады:
1) сәуленің комбинациялық шашырауы спектрлер бойынша анализі;
2) инфрақызыл және ультракүлгін аймақтарындағы сыңу спектрлер бойынша анализі;
3) масспектроскопия.
Сәуленің комбинациялық шашырауы құбылысы белгілі зат бойымен белгілі толқын ұзындығымен сәулені өткізсек, сол заттың молекулалары электромагнитті толқындарын сіңіреді де қызады, сосын оны шашырайды, бірақ басқа толқын ұзындығымен. Ал одан бұрын қызып тұрған молекулалар өз энергияның бір бөлігін сәулеге беру мүмкін. Сонымен шашыралған сәуленің спектрлерде сәуле көзінің толқынына сәйкес спектрлерден басқа оның екі жағынан тағы интенсивтілігі төмен спектрлер пайда болады [21].
Сіңіруінің инфрақызыл спекрлері. Кез келген зат әр түрлі дәріжеде оған түскен инфрақызыл сәулелерді толқын ұзындығының белгілі бөлігінде сіңіреді. Бұл құбылыс сол затты инфрақызыл спектрлердегі сіңіру сызықтардың пайда болуымен байқалады.
Анализдің масспектрлік әдісі - зерттелетің көмірсутекті қоспасын терең вакуумдағы булы фазадағы электрон ағынымен ионизациясы. Сол кезде түзілген иондардың ағыны магнит өрісінде олардың салмақтарына сәйкес топтарға бөлінеді. Молекула құрылысы мен оны масс-спектрлері арасында белгілі тәуелділіктер бар. Бұл физикалық әдісімен сандық анализінің негізін құрайды.
Мұнайдың электрлік қасиеттері. Сусыз мұнай мен мұнай өнімдері диэлектриктер болып табылады. Мұнай өнімдерінің салыстырмалы диэлектрлік тұрақтысының мәні () екі шамасында, яғни шыны (=7), фосфор (=5-7) және мрамордан (=8-9) 3-4 есе аз. Осы қасиетті тәжірибе жүзінде трансформаторлар, конденсаторлар және т.б. электро- және радиоқондырғыларды толтырады, жоғары волтты изоляциялық кабельдерді толтыру үшін мұнай майларын қолданылады.
Мұнай өнімдерінің жоғары диэлектрлік қасиеті олардың бетінде статикалық зарядтың жинақталуына әкеледі. Ал олар мұнай өнімдерінің жануына, ұшқын шашуға әкеліп соқтырады [22].
Мұнай өнімдері мен көмірсутекті еріткіштерде ароматикалық көмірсутектерді анықтаудың әдісі белгілі-ол анилинді нүктелер әдісі. Анилинді нүктелерді көмірсутектеді (КС) фракцияларды анықтауда ароматикалық, нафтенді және парафинді көмірсутектердің аналинде әртүрлі ерігіштерінде негізделген. әдістің негізгі анилин мен зерттеу өнімнің бірдей көлемдері қалыпты жағдайларда бір-бірінде толық еруі жүретін минималды температураны анықтауда негізделген.
Анилинді нүктелер әдісі КС 1 ден 5% ароматикалық тік айдалған бензиндерде топтық құрамын анықтауда аз ғана ауытқулар береді. Әдістің дәлдігі бензин фракцияларынан керосин және майлы дистилляттарға ауысқанда төмендейді.
Топтық көмірсутекті құрамды анилинді әдіспен анықтау мұнайды жіңішке фракцияларға алдын ала бөлуді қарастырады. Әдеттегідей бензолды (60 - 95ºС), толуолды (95 - 122ºС)? Ксилолды (122 - 150ºС) және 150 - 200ºС бензиндерге фракция, содан кейін стандартты 50 градусты фракциялар? Керосин (200 - 250, 250 - 300ºС) және газойльге (300 - 350ºС) сәйкес фракцияларды іріктейді [23].
Топтық көмірсутекті құрамды анықтау келесі операциялардан тұрады:
1. бастапқы фракцияда максималды анилинді нүктені анықтау (ароматикалық көмірсутектер жойылғанша)
2. ароматикалық көмірсутектерді силикагельде адсорбция немесе күкірт қышқылымен экстракциялау арқылы жою.
3. ароматикалық КС жойылғаннан кейін максималды анилинді нүктені анықтау (парафин-нафтенді фракцияда).
4. фракция құрамында ароматикалық, нафтенді және парафинді көмірсутектерді есептеу.
Әдістің кемшіліктері ароматикалық көмірсутектердің концентрациялық шектеулерінде (1 - 5%) және сонымен байланысты мұнай өнімдерінің жоғары температуралы қайнайтын фракциялардың анализ мүмкіндігінің болмауы? Дайындалу операцияларын ұзақ уақыт алуы (анилинді кептіру және айдау 12 сағаттан кем емес, силикагельді кептіру - 8 сағат, Мұнай өнім ароматизациясыздандыру және т.б.), қосымша химиялық-аналитикалық немесе физиткалық әдістерді қолданудың қажеттілігі болып табылады [24].
Ең тиімді техникалық шешімі болып ароматикалық көмірсутектердің сомалық құрамын анықтағанда рефрактометрлік әдіс табылады. Бұл әдісте рефрактометрдің ұяшығы тік айдалған бензинмен толтырылады да толқындардың екі ұзындығы үшін сыну көрсеткіштері және DҒС коэффициенті өлшенеді және ароматикалық көмірсутектер құрамы есептеледі:
Берілген әдістің келесі кемшіліктері бар. Ароматикалық көмірсутектерді толқынның екі ұзындықтарының сыну көрсеткіштері арқылы (немесе дисперсиометрлік коэффициент арқылы) анықтау әдісі ароматикалық көмірсутектерді 5 - 10% құрайтын қоспаларға ғана қолданылуы мүмкін.
Бұл ароматикалық және парафин - нафтенді фракциялардың дисперсиометрлік коэффициенттерінің бір-біріне қатынасы екіден артық болмайтындығына байланысты. Дисперсиометрлік коэффициенттің аздаған айырмашылығы рефрактометрлік әдісті мұнай өңдеуші өндірістердегі автоматтандырылған бақылау жүйелерін технологиялық процесті қолдануға шектеулер талап етеді, өйткені өлшемдердің аса мұқият орындалуын талап етеді [25].
Ұсынылған әдістің мақсаты мұнай өнімдерінде ароматикалық көмірсутектердің құрамын кең концентрациялық шектеулерде (1 - 100%) анықтау, анықтаудың жылдамдығы және дәлдігін жоғарылату болып табылады. Бұл өнімнің оптикалық қасиетін өлшеу және таңдау жолымен іске асырылады. Бұл технологиялық процесте ароматикалық көмірсутектердің құрамына оперативті бақылау өткізуге мүмкіндік етеді.
Қойылған мақсат белгілі әдіспен ароматикалық көмірсутектерді құрамын есептеуде қоспалардың сыну көрсеткіштерін өлшеу жолымен шешіледі. Қоспалардың сыну көрсеткіштерін өлшеу екі перпендикулярлы бағыттарда өтеді. Константасы ароматикалық көмірсутектер үшін абсалюттік шама бойынша 20 - 30 есе көп, бұл ароматикалық көмірсутектерді концентрациялық кең диапазонда анықтауға болады.
Бұл әдіспен белгілі магниттік екі сәуле сыну шамасын өлшеу құрылғысы арқылы іске асырылады. Құрылғы ұяшық 1 (кювета), магнит 2, жазық полюсті сәулелену шамы 3 және эллипс тәрізді полюсті сәулелену анализаторынан тұрады [26].
Тәжірибе келесі тәртіппен өтеді. Бірінші ұяшыққа мұнай өнім үлгісін құяды, магнит 2 өрісіне орналастырады, содан кейін жазық полюсті сәулелену шамын үшіншіге қосады. Бастапқыда оптикалық қасиеттері бойынша изатопты мұнай өніміне магниттік өрісті жібергенде оның оптикалық қасиеттерінің изотопиялығы пайда болады, содан үлгі бір осьті кристалдың қасиеттеріне ие болады. Үлгіде магниттік өрістің күш сызықтарына тура және кері сыну көрсеткіштерінің айырмасы туады, эллипс тәрізді полюстеген сәулелену анализаторы көрсеткіштері бойынша зерттелген ортаның сыну көрсеткіштерінің айырмашылығын анықтайды.
Осы әдісті қолдану арқылы бензин, керосин және газойльді фракцияларда ароматты көмірсутектерді анықтау шектерін кеңейтеді, анықтау дәлдігін жоғарылатады және технологиялық процесте мұнай өнімінің құрамын бақылауды жеңілдетеді [27].
Мұнай құрамындағы ароматты көмірсутектер. Ароматты көмірсутекті бөлу кезіндегі экстрагент ретінде жиі қолданылатын еріткіштер: гликоль, сульфолан (тетрагидротиофендиоксид), диметилсульфоксид, N-метилпирролидон (су мен этиленгликольмен бірге). Алғашында диэтиленгликоль қолданылды, қазіргі уақытта оның орнына триэтиленгликоль мен тетраэтиленгликоль пайдаланылады.
Көрсетілген N-метилпирролидон мен диметилсульфоксид еріткіштері олефиндерді ерітпейді, сондықтан оларды риформингтің катализінен (шикізаттың немес тауарлы көмірсутектің арнайы тазалауынсыз), сондай-ақ бензин пиролизінен арматты көмірсутектерді бөлу үшін қолданады. Гликолді қолдана отырып экстракциялау қондырғысы 37 суретте көрсетілген [28].
Қазіргі замаңғы эффективті экстрагенттер ароматты және ароматты емес көмірсутектерді жоғары сапада бөлуді қамтамассыз етеді және кристаллизация температурасы 54ºС төмен болатын (жиілігі 99,9%моль және жоғары) болзол алуға көмектеседі. Масалы, еріткіш ретінде этиленгликольмен қосылған N-метилпирролидон қолданылатын Аросольван процесінде құрамында 0,003% көп емес ароматты емес көмірсутек болатын 99,99% бензол алынады. Ароматты көмірсутек С7-С8 құрамындағы қоспалар, циклоалкан мен парафиннің мөлшері әдетте 0,03 - 0,1% аспайды. Ароматты көмірсутектің жиілік дәрежесін жоғарылату мақсатында экстракция процесін экстрактивті ректификациямен толықтырады. Жоғары жиілік дәрежесіндегі бензолдың бөлінуі жүреді, мысалы, диметилформамидпен экстрактивті айдау [29].
Тауарлы өнімде қаныққан қоспалардың болуы риформингтің жоғары температурада жүруіне сәйкес азаяды. Фракция риформингтің экстракция әдісі арқылы температурасының 62 - 105ºС-ден 505ºС дейін жоғарылауы кезінде және екіншілей ректификациядан 99,95% -ті бензол алынады, оның кристалдану температурасы 5,45 - 5,5ºС, онда осындай жолмен 480ºС-да 99,8% бензол алынды. Циклоалкан мен парафиннің ароматты көмірсутекке айналу дәрежесінің жоғарылауы кәдімгі ректификациялы катализдан ксилол мен толуолдың бөлінуіне әкеледі. Ол оның алынуын арзандатады.
Ароматты көмірсутектің көзі ретінде риформингтің қатты қайнайтын өнімдері қолданылады. Құрамында триметилбензол бар ксилолды бөлуден кейінгі қалған фракция оларды бөлудегі шикізат көзінің негізі болып табылады.
Қазіргі уақыттағы риформинг процессі қуаты 1млн тонна болатын қондырғыда жүреді, ол ескі қондырғыға қарағанда тиімді. Л-35-111000-95 риформинг қондырғысының шикізат бойынша қуаты 1млн.тжыл, жылына 600мың тонна шикізат өндіретін Л-35-11600-95 қондырғысына қарағанда 18% капиталды шығынды азайтады, өнімнің өзіндік құның 3%төмендетеді және өндірістегі еңбекті 65% арттырады [30].
Жалпы алғанда жылдық экономикалық эффект қондырғыға байланысты 1,2млн.т құрайды. Риформинг процессі дамуының келесі кезеңі қондырғының қуатын 2 - 2,5млн.тжыл арттыру. Жаңа қуаттағы риформинг локальді қондырғы түрінде емес бір-бірімен тығыз байланысқан процесті біріктіретін араласқан жүйелі комплексте жасалады.
Көмірсутекті термиялық пиролиздеу мұнайды деструктивті өндеудегі алғашқы өндірістік процесс болды. Алғашында пиролиз светильді газ алуда қолданылды. Бірінші дүниежүзілік соғыс жылдарында көптеген елдерде толуол өндірісінің қосымша көзі ретінде керосинді пиролиздеу қаралды. Пиролиз арқылы ароматты көмірсутекті алу, соның ішінде толуолды, 40-жылға дейін зерттелді және кейіннен риформинг процесінің шығуына байланысты қолданыстан шықты. Қазіргі таңда газтәрізді және сұйық көмірсутекті шикізатты пиролиздеу төмен олефиннің өндірісіндегі жоғарымасштабты әдісі болып келеді, сонымен қатар ароматты көмірсутектің шикізат көзі ретінде қайта қолданыс табылды.
1975 жылы пиролиз өнімдерін шығаратын бензолға шаққанда Шығыс Европада 40%, ал Японияда 81% өндірді. Барлық елдерде бензин пиролизінен алынатын бензолдың көлемі артуда [31].
Олефиндерді алуда ең тиімді шикізат парафин болып табылады, термиялық ыдырау кезінде дегидрлеу мен тізбектің үзілуінен газтәрізді және молекулалық массасы төмен парафин мен олефин алынады. Бес және алты мүшелі циклоалканның пиролизі кезінде сутегі және олефинмен қатар диолефин түзіледі, көбінесе бутадиен. Соңғысының пиролиз өнімі құрамында болуы ароматты көмірсутек алуда маңызды роль атқарады. Белгілі гипотезге сәйкес ароматты көмірсутек бутадиеннің этиленмен және оның гомологімен екіншілей конденсация реакциясы нәтижесінде түзіледі:
Бутадиеннің пропиленмен әрекеттесуі нәтижесінде толуол түзіледі, ал бутадиен мен бутиленнен этилбензол. Осындай жолмен диен мен циклоолефиннің әрекеттесуінен конденсирленген ароматты көмірсутек алынады, мысалы нафталин:
Сонымен қатар ароматты көмірсутектерін циклоалканды дегидрлеу нәтижесінде алуға болатыны белгілі.
Ароматты көмірсутектер (бастапқы шикізатта болады, сонымен қоса пиролиз нәтижесінде алынады) термиялық тұрақты. Аз әсерлесу мен температура өзгерісінде тұрақты болады, бірақ температураның артуымен олардың полициклді көмірсутек пен кокс түзе отырып конденсациялануы мүмкін.
Сұйық және газ тәрізді өнім пиролизінің арасындағы қатынас шикізаттың фракционды құрамына тәуелді. Бастапқы шикізатта сутегінің көміртекке қатысты мөлшері азайған сайын, яғни пиролиздің сол температурада шикізаттың ауырлауына байланысты сәйкес сұйық өнімнің мөлшері артады. Сұйық көмірсутектің көп мөлшерін алуға көмектесетін оптималды шикізат бензин мен газойль болып табылады. Осылайша шикізаттың ауырлануы кезінде сұйық өнімнің шығуы артады, бірақ кокс түзілу де артады [32].
Басқа маңызды фактор - пиролиз өнімінің шығымына әсер ететін температура болып табылады. Пиролиз процессі 750 - 900ºС температурада су буы қатысында және аппараттан шығу қысымы шамамен 0,12 Мпа болғанда жүреді. Температураның артуымен сұйық өнімнің шығыны артады. Сонымен қатар пиролиз температурасының артуымен сұйық өнімнің ароматтану дәрежесі өседі және ароматты көмірсутектің жалпы шығыны өседі. Төменде температураның процеске тәуелділігі мен оның құрамындағы ароматты көмірсутектің мөлшері көрсетілген (пиролизге 35 - 155ºС бензин фракциясы қолданылды, су буы мен шикізаттың қатынасы=0,6:1) :
Соңғы уақытта катализатор қолдана отырып пиролиздеу процесіне көңіл бөлінуде. Мысалы, альмоцирконийлі катализатор қатысында бензин мен басқа да сұйық көмірсутек шикізатынан 75% олефин С2-С4 пен ароматты көмірсутек С6-С8 алынады, ал термиялық пиролизде осы шикізаттардан алынған өнімнің шығыны 60% аспайды. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Өзектілігі. Мұнай химиясы - мұнайдан және табиғи газдан пайдалы химиялық өнімдерді алудың ғылыми негізін оқытатын химияның саласы. Мұнай химиясының жетістіктері практикада мұнай химиясының өндірісінде іске асырылады. Ол өндіріс - химиялық өндірістің өте қажетті және жылдам дамып жатқан бөлімі. Қазіргі кезеңде мұнай химия өндірісінің дамуы соншалық, көптеген өндірістері дамыған елдерде оның өнімдері жалпы химиялық өндірістің маңызды, ал кей кезде тіпті көп бөлігін құрайды.
Жасанды органикалық өнімдерді өндірудің үш негізгі шикізат көздеріне өсімдік заттары, тас көмір және мұнай жатады. Үшеуінің әрқайсысының ерекше артықшылықтары бар, бірақта тәжірибе (экономикалық тұрғыдан қарағанда) көрсеткендей. Мұнаймен қамтамасыз етілген елдерде (оларға Қазақстан да жатады) соңғысының маңызы химиялық өндірісте шикізат көзі ретінде өте жоғары және ол тоқтаусыз өсуде.
Мұнайхимиялық өндірістің кеңінен дамуына қарамастан шикізатты тұтыну көлемінің тұрғысынан қарағанда мұнай өңдеу өндірісінің көлемімен салыстырғанда әлдеқайда аздау, өкінішке орай тек отындық бағытқа бет бұрған.
Жер қыртысында түрлі тереңдікте (2000м. дейін және одан да көп) геологтар сұйық жанғыш минерал - мұнайды анықтайды. Бұл минерал көзге май тәріздес, қара сұйықтық болып келеді. Түсі әдетте шайыр тәріздес заттардың мөлшері мен құрылымынан тәуелді. Сол себепті түссіз мұнай да кездеседі. Тұтқырлығы орташа есеппен 510-6 - 10010-6 м2сек, ал кейде тіпті одан да жоғары болуы мүмкін. Мұнайдың тұтқырлығы сумен салыстырғанда жүздеген есе көп, ал тығыздығы біршама аз.
Мұнай біртекті сұйықтық емес, керісінше, ол түрлі молекулалық салмақты көмірсутектердің күрделі қоспасы мен күрделі химиялық құрамды, яғни кейде көп мөлшерде күкіртті, азотты, оттекті және шайырлы болып келеді. Мұнай шамамен 40 - 5000С температурада қайнап, түрлі фракцияларда айдалады. Айдаудан кейін қалған қалдық - гудрон - аз қозғалатын зат. Мұнай жанғанда күл қалмайды. Мұнай құбырларды бұрғылау жолымен жер бетіне газдар қысымымен немесе сорғыш арқылы алынады.
Мұнай алғашында теңіз тұнбасы ретінде бөлінген өлі өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтарының ыдырау және күрделі химиялық ауысуларының өнімі болып табылатын органикалық текті зат ретінде белгілі болды. Мұнай көздерінің барлығы тұзды теңіз суында түзілген тұнбалы жыныстардың туындысы.
Мұнай үшін негізгі органикалық материал ретінде гидросферада өмір сүретін (планктон) өсімдік және жануар микроорганизмдері және өмірлері теңіз түбінде өтетін бенталды организмдер (бентос) үлкен ролін атқарады. Осы жинақталған органикалық тұнба - су қоймасының түбіне тереңдікте жинақталады. Мұндай тұнбаның беткі қабаты - пелоген, ал төменгі бөлігі - сапропел деп аталады. Сонымен теңіз түбінде тұнған тұнба мұнайдың бастапқы негізі болып табылады.
Мұнай өнімдері құрылыс жұмыстарында түрлі маркалы битум сонымен қатар резина өндірісінде кең қолданылады.
Мұнай шикізатінан ацетиленді және диолефиндерді, ароматты көмірсутектерді өндірістік өндіру қалыптасты.
Егер ең алғашқыда мұнайлыхимиялық өндірісінде негізгі алғашқы шикізат ретінде олефиндер болса, ал сол мезгілде сахнада парафиндер, диолефиндер, ацетилен және ароматты көмірсутектер шыға бастады.
Қырықыншы жылдары мұнайлы шикізаттан бензолды, толуолды және ксилолдарды өндірістік өндіру игерілді, себебі, осы ароматты көмірсутектердің кәдімгі көзі - тас көмір шайыры - химиялық өндірістің өсіп жатқан сұранысын қанағаттандырмады.
Мұнайдан алынып жатқан және әрі қарай химиялық өңдеуге қосылып жатқан көмірсутектердің ассортиментінің көбеюімен қатар жаңадан химиялық өндірістер құрыла бастады, оларға мұнай алғашқы өнімдердің көпшілігінің нақты көзі болды. Осы жаңа өндірістердің ішінен жасанды каучук, жасанды талшықтарды, пластмассаны және жуғыш заттар өндірісін атап кеткен дұрыс.
Мұнай мен табиғи газ барлық халық шаруашылығының дамуында маңызды мағынаға ие. Мұнайдан:
* іштен жану қозғалтқыштары үшін: отын ретінде бензин, керосин, дизельді отын;
* газды турбиналар мен қазандықты қондырғылар үшін: отын, реактивті отын, майлау және арнаулы майлар, парафиндер;
* жол құрылысы: үшін түрлі маркалы битум, синтетикалық май қышқылдары;
* резина өндірісі үшін: күйе;
* электродтар үшін кокс және т.б. алынады.
Өлі өсімдік және жануарлар ағзаларының теңіз суларында оттегі мен бактериялардың әсерінен ыдырауы бір жағынан, суда еритін сұйық және газ тәрізді өнімдердің, ал екінші жағынан химиялық және бактериялық әсерлерге тұрақты тұнбалардың түзілуіне әкеледі. Бұл тұнбалар ақырындап тұнбалық қабаттарда жинақтала бастайды. Табиғи газ ынғайлы және арзан энергетикалық тұрмыстық отын. Қазіргі уақытта табиғи газ, мұнайға серіктес газдар, мұнай өндеу газдары, мұнайдың жекелеген фракциялары, ароматты көмірсутектер, сұйық және қатты парафиндер толтырылмайтын химиялық шикізат болып табылады.
Ароматты көмірсутектер газдық фазада молекулалық оттекпен (катализаторсыз) парафиндерден және олефиндерден нашар тотығады. Ол олардың жоғарғы туындыларына байланысты. Молекулалық салмақ, сонымен қатар ароматтық ядромен байланысты алкилды тізбектердің саны және ұзындығы өскен сайын тотығу жылдамдылығы артады. Парафиндерді тотықтыру жағдайындай алдымен бүйір тізбектер тотығады. Қатаң жағдайда ароматтық ядроның альфа-орындағы көміртек атомында тізбек үзіледі және ароматық қышқылдар түзіледі. Ароматтық ядродағы көміртек атомдары алкилді тізбектер тотыққаннан кейін тотығады.
Табиғи газды және мұнайлы шикізаттың негізінде мұнайхимиясы синтезінің түрлі процестері ірі химиялық өндіріс саласын құрайды. Бұл саланың өнімдеріне полимерлі материалдар мен пластикалық массалар, синтетикалық талшықтар, синтетикалық каучук, синтетикалық жұғыш заттар, спирттер, альдегидтер, кетондар, ақуыздар және т.б. бағалы материалдар мен тауарлар жатады. Сол себепті қазіргі уақытта мұнай өндіруші, мұнайөндеуші және мұнай химиясы өндірісіне көп көңіл аударылады
Жұмыстың мақсаты: Мұнайдың химиялық құрамын зеттеу. Жұмыстың ғылыми жаңалығы мұнайдың құрамындағы жаңа әдістердің көмегімен алу.
Зерттеудің негізгі мақсаты: Ароматты көмірсутектерді алу жолдарын талдау.
Дипломдық жұмыс кіріспе, үш бөлімнен, қорытынды, қолданылған әдебиет тізімі, қосымша, қысқартылған сөздер түсініктемесінен тұрады, көлемі 63 бет. Оның ішінде суреттер, кестелер берілген.
1 Әдебиеттік шолу
1.1 Мұнайхимиялық өнеркәсіптің даму тарихы
Мұнайды химиялық өңдеу өндірісі 1919 - 1920 ж.ж. АҚШ-та басталды. Жиырмасыншы - отызыншы жылдары бұл елде қарапайым олефиндерді - (этилен, пропилен және бутилен) өңдеудің және қолданудың өндірістік әдістері жасалды. Соңғылары сұйық мұнайлы фракцияларын крекинглеу арқылы алынатын.
Жасалған өндірістік процестердің олефиндерді хииялық өңдеудің сол кезеңде спирттерді алуға әкелетін күкіртқышқылдық гидрадтау (кейбіреулері альдегидтерге және кетондарға дегидрленген) және гипохлорлау реакциясы арқылы олифендерден олардың оксидтерін алу болатын. Өндірістік көлемде этилен оксидіне және пропилен оксидіне қол жету олардың негізінде алынатын мынадай: гликольдер, алканоламиндердің және гликольдердің жай және күрделі эфирлері сияқты құнды химиялық өнімдерді алуға әкелді. Барлық осы қосылыстар автомобиль өндірісінде (антифприздер, лак бояу қаптауларды жақтыруда және тағы басқа) кеңінен орын тапты [1].
Сол мезгілде осы бағытта қарқынды зерттеулер жүрді, олар кейінен көптеген жаңа технологиялық процестердің негізіне енді.
Екінші дүниежүзілік соғысынан кейін қырқыншы және елуінші жылдары мұнайды химиялық өңдеу өндірісі тек қана АҚШ емес, олар Еуропа елдерінде де әрі қарай кеңінен дамыды. Көмірсутектерді алу және бөлу технологиясы жақсарды. Жаңа конструкциялық материалдардың пайда болуы мынаған әкелді, крекингпроцестерді қатал жағдайларда өткізіле басталды, ол олефинтуындылардың мөлшері мен ассортиментін арттырды.
Мұнайдың түзілуі - бұл өте баяу жүретін процесс. Процесс жүру үшін көптеген миллиардтаған жылдар мен сыртқы ортаның түрлі факторларының әсері қажет [2].
Мұндай факторларға келесілері жатады:
1. Тау жыныстарының (негізінен балшықтың каталитикалық әсері.
2. Радиоактивті элементтердің энергиясының әсері.
3. Жоғары температура (250ºС-дан жоғары).
4. Жоғары қысым (50 - 200атм).
5. Микроорганиздердің биохимиялық әрекеті.
Жер қабатында мұнайдың түзілуі, жерде органикалық өмірдің қызу, даму сәтінен шамамен 350 - 400 млн. жыл бұрын басталды.
Жасанды каучуктың сұранысы (н - бутаннан және н - бутиленнен) девинилді және (бензолдан және этиоленнен) стиролды өндірудің мұнайхимиялық өңдеу процесін жасауға әкеп соқты.
Нейлонның сұранысы мұнайдан циклогександы бөліп алуды әкелді. Целлюлоза ацетатының сұранысы сірке ангидридін өндіруді ұйымдастыруға әкелді. Оған қажетті жасанды этил спирті этиленнен және ацето пропиленнен алынып, шикізат рөлін атқарды [3].
Өсіп жатқан жасанды шайырға сұранысты қанағаттандыру үшін стиролды, хлорлы винилді, формальдегидті мұнайхимиялық жолмен алынған жасанды метанолдан және несепнәрді (мочевинаны) аммиактан өндірілуі игерілді. Соңғысының синтезінде мұнай газдарын су буымен конверсиялау арқылы алынатын сутек қолданылады (сәйкесінше сурет 1).
1 cурет Көмір, мұнай, табиғи газ шикізаты
Қазіргі уақытта майлы сабынның сұранысына қарағанда сұранысының басымдылығы артып жатқан жасанды жуғыш заттар мұнайдан алына бастады. Оларды өндіру үшін қызықты бірқатар мұнайхимиялық синтездеу игерілді:
1) бензолды немесе керосинді хлорлау арқылы немесе пропиленді полимерлендіру арқылы өте тармақталған тізбекті олефиндермен алкилдеу арқылы алкиларилсульфонаттарды алу;
2) қатты парафиннен екіншілікті спирттердің сульфадтарын өндіруге қажетті ұзын тізбекті олефиндерді алу.
Мұнайдың барлық компоненттерін құрайтын басты элементтері көміртек пен сутек. Олардың мөлшері әр мұнайда әр түрлі (C) 83,5 - 87% және (Н) 11,5 - 14% аралығында. Сутегі мөлшерінің жоғары болуы мұнай күйінің - сұйықтығын сипаттайды. Көміртегі мен сутекпен қатар мұнайларда күкірт, оттек және азот кездеседі [4].
Мұнай компоненттерінің негізгі салмағы - көмірсутектерден тұрады. Құрылымы бойынша 250 - 300ºС және 300 - 350ºС температура аралығындағы фракцияларында қарапайым қосылыстар кездеседі.
Олар келесі гомологтық қатарларға жатады.
CnH2n+2 - метан немесе парафинды қосылыстар (алкандар), яғни қаныққан көмірсутектер.
CnH2n - циклопарафиндер, нафтендер (циклогексан, циклопентан).
CnH2n-2 - дициклопарафиндер (бесмүшелік, алтымүшелік және аралас).
CnH2n-4 - үшциклопарафиндер.
CnH2n-6 - ароматты, бензолды қосылыстар, арендер.
CnH2n-8 - нафтенді ароматикалық қосылыстар.
CnH2n-12 - бициклды ароматикалық қосылыстар.
Мұнай құрамындағы көмірсутектеріне қарай 6 топқа бөлінеді:
парафинді;
парафинді-нафтенді;
нафтенді;
нафтенді-ароматты;
парафинді-нафтенді-ароматты;
ароматты.
Ал мұнай құрамында қатты парафиндер 1,5%-ға дейін болса, оны аз парафинді, 1,5 - 6% - парафинді, 6%-дан жоғары болса - жоғары парафинді деп бөледі.
Мұнайдың тығыздығы 0,72 - 1 гсм3, қату температурасы - 20 + 20ºС, қайнау температурасы 100ºС-дан кем, түсі сарыдан қоңырға дейін [5].
Бензинді фракцияда қосылыстардың тек үш класы кездеседі: алкандар, циклоалкандар және бензолдың ароматты қатары.
350ºС температурадан жоғары қайнайтын мұнайдың жоғары молекулалық бөлігінің химиялық құрамы күрделі және аз зерттелген. Бұл фракция - мазут, май фракциялары және гудроннан тұрады. Майдың бұл бөлігі әртүрлі құрамды және құрылымды заттардың қоспасынан тұрады.
CnH2n+2 қатарындағы көмірсутектер барлық мұнай түрлерінде кездесіп, оның негізгі құрам бөлігінің бірі болып табылады. Олар фракциялар бойынша негізінен мұнай газдары мен бензинді-керосинді фракцияларда көп мөлшерде кездесіп, ал май фракцияларында мөлшері қүрт төмендейді. Кейбір мұнайлар үшін жоғары температурада қайнаған фракцияларында парафиндер мүлдем болмауы да мүмкін.
С1-С4 көмірсутектер мұнайда: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, 2,2-диметилпропан қалыпты жағдайда газ тәрізді күйінде кездеседі. Олардың барлығы табиғи және мұнай газдарының құрамына кіреді.
Газды кен орындары үш түрлі болады:
1) табиғи газдар негізінен метаннан тұрады. Қоспа ретінде этан, пропан, бутан, пентан, СО2, N2, кейде C2S кездеседі;
2) газды - конденсатты газдарда метанға пентан және одан жоғары гомологтар серіктес болады;
3) мұнай газдары мұнайға серіктес газдар деп аталады. Бұл газдар мұнайда еріп, мұнай жер бетіне шыққанда бөлінеді. Мұндай газдардың құрамы - этан, пропан, бутан және жоғары молекулалы көмірсутектерден тұрады. Сондықтан, майлы және бай газдар деп аталады [6].
Сұйық парафинды көмірсутектер - С5-С15 көмірсутектер. өздерінің қайнау температурасы бойынша пентан, гексан, гептан октан және басқа да көптеген изомерлер. Мұнайды айдау бойынша олар бензинды дистилятта болады.
Қатты парафинды көмірсутектер - гексадекан С16Н34 18,1ºС температурада балқиды. Көмірсутектердің молекулалық салмағының өсуімен CnH2n+2 гомологтық қатарының көмірсутектерінің қайнау температурасы ұлғаяды.
Парафиндер мұнайда еріген немесе кристалды күйде кездеседі. Мазутты айдау барысында майлы фракцияға С17 ден С15 - ке дейінгі құрамды парафиндер түседі. Ал гудронда жоғары балқымалы С36-С53 көмірсутектері жинақталады.
Қазіргі уақытта парафиндермен қатар мұнай да кристаллизацияға қабілетті циклды құрылымды органикалық заттар - церезиндер кездеседі [7].
Церезиндер - жоғары молекулалы және жоғары температурада балқитын көмірсутектердің қоспасы. Олар мұнай өнімдерінің қалдықтарының минералы.
Парафиндер мен церезиндер өндірістің көптеген салаларында өз қолданыстарын табуда, мысалы, электро- және радиотехникада, қағаз, сіріңке, химия, парфюмерия және т.б. өндірістерінде. Көміртек атомдарда тетраэдр құрып орналасады. Алкандардағы көміртек атомының орталығы 0,154 нм ара қашықтығында. Ал көміртек атомының орталығынан сутек атомының орталығы арасында 0,11 нм. Бірақ С-С байланысы арқылы көміртек тізбегі әр түрлі конформацияларға ие. Балқу температурасы тек молекулалық салмағынан ғана емес, сонымен қатар алкандардың құрылысына тәуелді.
ХІХ ғасырдың соңында мұнайлардың құрамында циклді құрылымды CnH2n қатарындағы көмірсутектер кездесетіндігі анықталған. Сол кезде циклопентан, циклогексан, метилциклопентан және т.б. С15-ке дейінгі гомологтар ашылған. Бұл циклопарафиндер, цикландар немесе нафтендер деп аталды. Нафтендер басқа көмірсутектермен салыстырғанда мұнай құрамында басымырақ болады. Тек жоғары қайнау температуралы май фракцияларында ароматты құрылымдардың басымдылығымен азаяды [8].
Қарапайым цикландар - циклопропан, циклобутан және олардың гомологтары әр түрлі мұнайларда кездеседі.
Химиялық қасиеттері бойынша нафтендер алкандарға ұқсас. Олар үшін азот қышқылы және галоидтермен реакциялар тән. Соның нәтижесінде екіншілік және үшіншілік нитро-және галоид туындылары түзіледі. Жоғары температурада және түрлі катализаторлар қатысында нафтендер ыдырап, сақинадағы көміртегі атомдарының санын өзгерте отырып изомерленеді.
ХІХ ғасырда Морковников мен Оглобин ғалымдары мұнайды зерттеу барысында оның құрамынан бензол, толуол, этилбензол, ксилолдар, 1,2,4-үшметилбензолдар және т.б. көмірсутектердің осы класының басқа өкілдерін анықтаған.
Құрамында ароматты көмірсутектердің болуы бензин үшін тиімді, себебі олар жоғары октандық санға ие, керісінше, дизельды отындарда олардың мөлшерінің көп болуы отынның жану процесін нашарлатады [9].
Бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол, ксилол, нафталин сияқты ароматты қосылыстар - синтетикалық каучук, пластикалық масса, синтетикалық талшықтар, қопартқыштар, анилинді бояулар және фармацевтикалық заттар өндірістері сияқты химия өнеркәсібінің салалары үшін өте бағалы шикізат болып табылады.
Мұнайдың құрамында гетероатомды азотты, күкіртті және оттекті қосылыстар да кездеседі. Мұнай құрамындағы оттектің мөлшері 0,1 - 1%-ға дейін. Көп мөлшерде оттек 2%-ға дейін жоғары шайырлы мұнайларда болуы мүмкін. Азоттың да үлкен үлесі ауыр фракцияларда және қалдықты өнімдерде жинақталады. Көбінесе олар пиридин (1), хинолин (2), изохинолин (3), және аз мөлшерде акридиннің гомологтары болып табылады (4)
Нейтралды қосылыстар (80%-на дейін) азотты қосылыстарынан құрылады және мұнайдың жоғары молекулалы бөлігінде жинақталады. Олардың құрылысы аз зерттелген. Кейбір мұнай құрамында пиррол (5), индол (6), карбазол (7) гомологтары кездеседі:
Мұнайдағы көптеген күкіртті қосылыстары термиялық тұрақсыз. Сондықтан крекинг және басқа да өндеу барысында мұнай дистиляттарда күкіртті қосылыстардың ыдырау нәтижесіндегі қосылыстар күкірті сутек және меркаптандар жинақталады [10].
Ондай мұнайларда күкірт келесі түрлерінде болады:
* меркаптандар (этилмеркаптан - C2H5SH, бутилмеркаптан - C4H9SH),
* тиофендер,
* алифатикалық сульфидтер немесе тиоэфирлер (R-S-R'), диметилсульфид, этилсульфид әртүрлі құрылымды полициклды күкіртті қосылыстар тиофен немесе циклды сульфидтер және т.б.
Мұнайдағы ең жоғары молекулалы гетероорганикалық қосылыстар құрамына күкірт, оттек, азот, сонымен қатар металдар кіретін заттар шайырлы-асфальтенды заттар деп аталады.
Мысалы, молекулярлық салмағы 930 тең шайыр фракциясына элементарлық сараптама нәтижесінде келесі эмпирикалық формуласы ұсынылған С65Н105 SО:
Химиялық сипаттамалары бойынша шайырлардан аздаған заттар жиынтығының қышқылды сипаттамалары бар, асфальтенды қышқылдар деп аталатын заттарды бөлуге болады.
Нейтралды шайырлардың жіктелуінің негізіне олардың әр түрлі еріткіштерде еруі алынады:
1) Нейтралды шайырлар - бензинде, петролей эфирінде, пентан, гекссанда еритін қосылыстар.
2) Петролей эфирінде ерімейтің, бірақ ыстық бензолда еритін асфальтендер.
3) Карбендер - пиридинда, көміртекті күкіртте (CS2) еритін заттар.
4) Карбоидтар - ешбір еріткіште ерімейтін қосылыстары.
Сондай-ақ мұнайда аз мөлшерде V, Ni, Fe, Mg, Cr, Ti, Co, K, Na, P, Si т.б. металдар кездеседі [11].
1.2 Мұнай және оның дистиляттарының физикалық және химиялық қасиеттері
Мұнай және мұнай өнімдерінің салыстырмалы тығыздығы оларды анықтау температурадағы массасының сол көлемдегі 4ºС температурадағы таза судың салмағына қатынасы. 4ºС температурадағы судың тығыздығы үлкен шамаға ие және бірлік ретінде алынған. Тығыздық - көлем бірлігіндегі салмағының мөлшері. СИ жүйесі бойынша тығыздық кгм3, гсм3, кгл. Ал тәжірибе жүзінде өлшемсіз шама - салыстырмалы тығыздық қолданады. Тығыздықпен салыстырғанда меншікті салмақ көлем бірлігінің салмағы, яғни көлем бірлігінің жерге тартылу күші, өлшем бірлігі - нм3. Тәжірибе жүзінде салыстырмалы меншікті салмақ дегеніміз 20ºС температурадағы мұнай және мұнай өнімінің салмағының сол көлемдегі 4ºС температурадағы таза су салмағына қатынасы () қолданылады. Зат салмағы оның салмағына пропорционалды болғандықтан, салыстырмалы тығыздық пен меншікті салмақ сан жүзінде бір біріне тең [12].
Судың +4ºС температурадағы тығыздығы 1гсм3 болса, онда мұнай және мұнай өнімдерінің салыстырмалы тығыздығы олардың 20ºС температурадағы гсм3-пен сипатталатын тығыздығына сәйкес келеді. Тығыздық пен меншікті салмақ температурадан тәуелді. Әдетте температураның жоғарлауымен мұнай және мұнай өнімдерінің тығыздығы азаяды. Көптеген мұнай және мұнай фракциялары үшін, әсіресе температураның аз аралығында (0 - 50ºС) меншікті салмақ пен тығыздықтың температурадан тәуелдігі сызықты сипатталады:
(1)
Мұнда γ - (t2-t1)=1 болғандағы меншікті салмақтың (тығыздықтың) 1ºС температура өзгергендегі өзгерісті немесе температуралық қателікті бейнелейді (сәйкесінше сурет 2).
Бұл теңдеумен белгілі t2 температурадағы тығыздықты, меншікті салмақты d1 t1-температурадағы белгілі болса есептеуге болады.
Тығыздық пен меншікті салмақты анықтауды ареометр (мұнай денсиметрлермен) және Мора-Вестфаль таразымен немесе пикнометрлік әдіс көмегімен анықтайды.
2 сурет Тығыздықты анықтауға қоланылатын пикнометрлердің түрлері
Егер анықтауды белглі температурада жүргізіліп отырса, онда формуламен есептеуге болады:
=+γ(t-20) (2)
Мұнайдың тығыздығына көптеген факторлар әсер етеді. Негізгілері - құрамында еріген газдардың және шайырлардың мөлшері, ал дистилаттар үшін оның химиялық құрылысы [13].
Мұнай фракцияларының тығыздығы химиялық құрамынан тәуелді. Мысалы, ароматты көмірсутектер ең жоғары тығыздығымен, парафинды - ең төмен, ал нафтенды орташа тығыздықтармен сипатталады. Сонымен, тығыздығы бойынша фракцияларының химиялық құрылымы туралы алдын - ала қорытындыларды жасауға болады. Тығыздықсыз мұнайдың қайнау температурасы жоғары фракцияларының құрылымдық - топтық анализін жасауға мүмкін емес.
Бір гомологтық қатардағы көмірсутектер үшін Смиттенберг ғалым ұсынған әр бір көмірсутектің тығыздығы көміртек атомдарының санынан немесе молекулалық салмағынан эмпирикалық тәуелдікте болады:
(3)
Мұндағы х - көмірсутектің физикалық константалары, соның ішінде тығыздығы; хinfinity - көміртек атомының шексіз үлкен шамадағы физикалық константаның шегі; k мен Z белгілі гомологтық қатарды сипаттайтын тұрақты шамалар.
Мысалы, н-алкандар (CnH2n+2) үшін
н-α алкендер (α-CnH2n) үшін
Көптеген мұнайлардың орташа молекулалық салмағы 250 - 300-ге тең. Мұнай құрамындағы сұйық көмірсутекті бірінші өкілі пентанның салмағы 72-ге тең. Ал мұнайдың жоғары молекулалы гетероатомды құрылысты шайырлардың және асфальтендердің молекулалық салмағы 1200-2000-ге тең. Мұнай және мұнай өнімдерінің молекулалық салмақты білу май фракцияларының құрылымды - топтық анализ жүргізгенде, йодты және бромды сандар арқылы қаныққан көмірсутектерінің мөлшерін анықтағанда, әр түрлі технологиялық есептерді жүргізгенде қажет [14].
Молекулалық салмақты эксперименталды анықтау үшін криоскопиялық және эбулиоскопиялық әдістері қолданылады.
Молекулалық салмақты криоскопиялық әдісімен анықтағанда таза еріткіштің қату температурасымен салыстырғандағы Δtқату, сол еріткіштегі зерттелетін сұйықтың қату температурасын байқайды, және молекулалық салмақты келесі формуламен есептейді:
(4)
Мұндағы k - берілген еріткіштің криоскопиялық тұрақтысы; g - зерттелетің заттың салмағы; G - еріткіштің салмағы.
Криоскопиялық тұрақтысы k - 1000г еріткіштегі 1 моль зат ерітілген ерітіндісінің қату температурасының төмендеуі. Ол ерітілген зат табиғатынан тәуелсіз шама.
Мұнай өнімдерінің молекулалық салмақты анықтағанда көбінесе бензол (k=5,12), ал жоғары молекулалы фракциялар үшін нафталин (k=6,9) және камфораны қолданады.
Молекулалық салмақты эбулиоскопиялық әдісімен анықтағанда, таза еріткіштің қайнау температурасымен салыстырғандағы Δtқайнау, сол еріткіштегі зерттелетін сұйықтың қайнау температурасын байқайды. Есептеуді жоғарыда көрсетілген теңдеумен жүргізеді. Еріткіш ретінде бензол (kэ=2,64), нитробензол (kэ=5,27) және т.б. заттар қолданылады [15].
Қату температурасының төмендеуі де қайнау температурасының жоғарлауы да сұйытылған еріткіштерде Рауль заңына бағынады. Молекулалық салмақты анықтауы Бекман термометрі бар қондырғыларда жүргізіледі. Сол термометр көмегімен температураның өзгерісі жүздеген, мыңдаған дәлдікпен анықтауға болады.
Сұйықтың өз бөлшектеріне әсер ететін күштерге қарсыласу қасиетін тұтқырлық немесе сұйықтың ішкі үйкелісі деп аталады. Тұтқырлықтың шамасы сұйықтың табиғатынан, яғни оның химиялық құрылымы мен молекулалық салмағынан тәуелді. Ал мұнай және мұнай өнімдері сияқты күрделі қосылыстар үшін тұтқырлық олардың химиялық құрам тобының функциясы болып табылады [16].
Ньютон заңы бойынша сұйықтың ішкі үйкеліс күші (f) оның әсерлесу қабаттарының бетінен (S), олардың салыстырмалы қозғалысының жылдамдықтарының өзгерісінен (Δv), қабаттардың аралықтары (Δh) және сұйықтың молекулалық қасиеттерінен тәуелді:
(5)
η - ішкі үйкеліс немесе динамикалық тұтқырлық; - жылдамдық градиенті.
Динамикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі пуаз (пз) немесе 1см2 аудандағы бір-бірімен 1 см ара-қашықтықта және бір-бірінен 1смсек жылдамдықпен қозғалатын 1дин-ға тең кедергі күші. Сонымен қатар СИ жүйесінде динамикалық тұтқырлықтың өлшем бірліктері: динсексм2 немесе гсмсек Нсекм2 немесе кгмсек. Бұл өлшемі пуаздан 10 есе көп, сондықтан 1 пз=0,1 Нсекм2.
Практикада көбінесе кинематикалық тұтқырлықты қолданады. Кинематикалық тұтқырлығы белгілі температурада сұйықтың динамикалық тұтқырлықтың сол сұйықтың тығыздығына қатынасы. Кинематикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі стокс (ст). Кинематикалық тұтқырлығы мұнай майларының негізгі физико-механикалық қасиеті болып табылады [17].
Майлаушы майлардың гидродинамикалық тәртібінде майлауды жүзеге асыруы, яғни сұйықтың құрғақ үйкелісін алмастыруы тұтқырлығынан тәуелді. Тұтқырлығына температура әсерін тигізеді. Температура төмендеген сайын тұтқырлығы жоғарылайды. Вольтер кинематикалық тұтқырлықтың температурадан эмпирикалық тәуелділігін ұсынған:
lglg(vt+0,1)=A-BlgT (6)
Бұл тәуелділік әр түрлі температурадағы тұтқырлықты анықтауды мүмкіндігін береді.
Тұтқырлықты анықтау вискозиметрлерде жүргізіледі. Осы әдістеме негізінде динамикалық тұтқырлығы келесі Пуазейль теңдеуімен сипатталады:
(7)
Мұндағы Р- қысым; V - көлем; r - мен l капилярдың радиусы мен ұзындығы.
Вискозиметрдің геометриялық пішіні тұрақты болғандықтан, Пуазейль теңдеуі қарапайымдалады.
η=DP және V=k
D, k - вискозиметрдің тұрақтылары.
Көптеген мұнай өнімдері үшін Энглер вискозиметрлерде анықталатын шартты тұтқырлық ұғымы қабылданған. Шартты тұқырлығы 200мл зерттелетін мұнай өнімінің вискозиметрден ағып өту уақытының 20ºС температурадағы 200мл дистилдеген судың ағып өту уақытына қатынасына тең. Шартты тұтқырлық салыстырмалы шама болғандықтан шартты градустармен өлшенеді [18].
Шартты мен кинематикалық тұтқырлық арасындағы келесі тәуелділік бар:
(8)
Мұндағы ШТ - шартты тұтқырлық; vt=7,4ШТt немесе ШТt=0,135vt.
Мұнай және мұнай өнімдердің тұтқырлығын білу әр түрлі технологиялық қондырғылардың есептеу үшін, ал майлау және басқа ауыр мұнай өнімдерінің эксплуатациялық жағынан білу қажет. Тұтқырлығына молекула құрылысы мен температура әсер етеді.
Мұнайдың оптикалық қасиеттері. Мұнайдың оптикалық қасиеттеріне түсі, флуоресценция және оптикалық белсенділік жатады. Көптеген мұнайлар қызғылт-қоңыр, қоңыр, ал кей біреулері тіпті қара түсті болады. Ақшыл мұнайлар өте жеңіл, шайырлы заттар жоқ және газды-конденсатты түрлі мұнайлар да болады. Мұнайдың түсін олардағы шайырлы-асфальтенді және күкіртті қосылыстар береді. Сондықтан мұнай ауыр болғаннан сайын және құрамындағы шайырлы-асфальтенді заттар көп болған сайын оның түсі қаралау болады. Мұнай дистиллатарын түпкілікті тазалау түссіз мұнай өнімдерін алуға мүмкіндігін береді [19].
Мұнай және мұнай өнімдеріне флуоресценция құбылысы тән. Флуоресценция - жарықты шағылту процесі. Судағы мұнай өнімдері түрлі спектрлермен шағылататыны немесе жарықта керосиннің көкшіл түске ие болатыны белгілі. Мұнай флуоресценцияның себептері белгісіз. Ал мұнайды тазалау барысында флуоресценция құбылысы жойылады.
Органикалық қосылыстардың оптикалық белсенділігі деп, күн сәулесінің түзусызықты полярланған сәуленің поляризация кеңістікті айналуын айтады. Бұл құбылыстың практикалық маңызы жоқ.
Егер мұнайды ультракүлгін сәулелерімен сәулендірсе, олар жарқырайды, яғни люминисценциялайды. Бұл қасиетті шайырлар, полициклды ароматты көмірсутектер, порфириндер және басқа жоғары молекулалы қосылыстарда кездеседі [20].
Люминисценция негізінде битумды қосылыстардың сапалық және сандық анализдер енгізілді. Бұл әдіс көбінесе геологтық жұмыстар жүргізгенде қолданылады. Анализ люминископ қондырғыда жүргізіледі.
Мұнай құрылысын зерттеуінде, әсіресе құрылымдық-топтық анализінде көмірсутектердің және мұнай фракцияларының сыңу көрсеткішінің маңызы зор. Егер сәуле бір ортадан басқа ортаға өтетін болса, ол өз жылдамдығын және бағытын өзгереді. Түсу бұрышының синусының сыңу бұрышының синусына қатынасы сыңу көрсеткіші деп аталады, яғни ол ортаның оптикалық тығыздығын сипаттайды. Сыңу көрсеткішінің абсолюттік мәні түсетің сәуленің толқын ұзындығынан және температурадан тәуелді, сондықтан сыңу көрсеткішінде екеуі де көрсетілу қажет, мысалы, . Көбінесе натрийдің сары сызықтары (0=589ммк) үшін сыңу көрссеткішін анықтайды .
Көмірсутектердің сыңу көрсеткіші олардың тығыздықтарынан тәуелді, мысалы, алкандар үшін С6-18 келесі тәуелділік анықталған:
=0,52167+1,03104 (9)
(10)
Әр түрлі есептер мен салыстырмалар үшін тығыздық пен сыңу көрсеткішін комплексті константаларға жалпылайды. Оларға меншікті рефракция, рефрактометриялық айырымы, меншікті дисперсия жатады.
Меншікті дисперсия деп спектрдің екі әр түрлі бөлімдері үшін сыңу көрсеткішінің айырымының тығыздыққа қатынасы:
(11)
Мұндағы nF - сутектің көгілдір сызығы үшін көрсеткіші (F=4861ммк); nC - сутектің қызыл сызығы үшін сыңу көрсеткіші (С=6563ммк).
Мұнайдың фракцияларының химиялық құрамын зерттегенде келесі спектралды әдістері кең қолданылады:
1) сәуленің комбинациялық шашырауы спектрлер бойынша анализі;
2) инфрақызыл және ультракүлгін аймақтарындағы сыңу спектрлер бойынша анализі;
3) масспектроскопия.
Сәуленің комбинациялық шашырауы құбылысы белгілі зат бойымен белгілі толқын ұзындығымен сәулені өткізсек, сол заттың молекулалары электромагнитті толқындарын сіңіреді де қызады, сосын оны шашырайды, бірақ басқа толқын ұзындығымен. Ал одан бұрын қызып тұрған молекулалар өз энергияның бір бөлігін сәулеге беру мүмкін. Сонымен шашыралған сәуленің спектрлерде сәуле көзінің толқынына сәйкес спектрлерден басқа оның екі жағынан тағы интенсивтілігі төмен спектрлер пайда болады [21].
Сіңіруінің инфрақызыл спекрлері. Кез келген зат әр түрлі дәріжеде оған түскен инфрақызыл сәулелерді толқын ұзындығының белгілі бөлігінде сіңіреді. Бұл құбылыс сол затты инфрақызыл спектрлердегі сіңіру сызықтардың пайда болуымен байқалады.
Анализдің масспектрлік әдісі - зерттелетің көмірсутекті қоспасын терең вакуумдағы булы фазадағы электрон ағынымен ионизациясы. Сол кезде түзілген иондардың ағыны магнит өрісінде олардың салмақтарына сәйкес топтарға бөлінеді. Молекула құрылысы мен оны масс-спектрлері арасында белгілі тәуелділіктер бар. Бұл физикалық әдісімен сандық анализінің негізін құрайды.
Мұнайдың электрлік қасиеттері. Сусыз мұнай мен мұнай өнімдері диэлектриктер болып табылады. Мұнай өнімдерінің салыстырмалы диэлектрлік тұрақтысының мәні () екі шамасында, яғни шыны (=7), фосфор (=5-7) және мрамордан (=8-9) 3-4 есе аз. Осы қасиетті тәжірибе жүзінде трансформаторлар, конденсаторлар және т.б. электро- және радиоқондырғыларды толтырады, жоғары волтты изоляциялық кабельдерді толтыру үшін мұнай майларын қолданылады.
Мұнай өнімдерінің жоғары диэлектрлік қасиеті олардың бетінде статикалық зарядтың жинақталуына әкеледі. Ал олар мұнай өнімдерінің жануына, ұшқын шашуға әкеліп соқтырады [22].
Мұнай өнімдері мен көмірсутекті еріткіштерде ароматикалық көмірсутектерді анықтаудың әдісі белгілі-ол анилинді нүктелер әдісі. Анилинді нүктелерді көмірсутектеді (КС) фракцияларды анықтауда ароматикалық, нафтенді және парафинді көмірсутектердің аналинде әртүрлі ерігіштерінде негізделген. әдістің негізгі анилин мен зерттеу өнімнің бірдей көлемдері қалыпты жағдайларда бір-бірінде толық еруі жүретін минималды температураны анықтауда негізделген.
Анилинді нүктелер әдісі КС 1 ден 5% ароматикалық тік айдалған бензиндерде топтық құрамын анықтауда аз ғана ауытқулар береді. Әдістің дәлдігі бензин фракцияларынан керосин және майлы дистилляттарға ауысқанда төмендейді.
Топтық көмірсутекті құрамды анилинді әдіспен анықтау мұнайды жіңішке фракцияларға алдын ала бөлуді қарастырады. Әдеттегідей бензолды (60 - 95ºС), толуолды (95 - 122ºС)? Ксилолды (122 - 150ºС) және 150 - 200ºС бензиндерге фракция, содан кейін стандартты 50 градусты фракциялар? Керосин (200 - 250, 250 - 300ºС) және газойльге (300 - 350ºС) сәйкес фракцияларды іріктейді [23].
Топтық көмірсутекті құрамды анықтау келесі операциялардан тұрады:
1. бастапқы фракцияда максималды анилинді нүктені анықтау (ароматикалық көмірсутектер жойылғанша)
2. ароматикалық көмірсутектерді силикагельде адсорбция немесе күкірт қышқылымен экстракциялау арқылы жою.
3. ароматикалық КС жойылғаннан кейін максималды анилинді нүктені анықтау (парафин-нафтенді фракцияда).
4. фракция құрамында ароматикалық, нафтенді және парафинді көмірсутектерді есептеу.
Әдістің кемшіліктері ароматикалық көмірсутектердің концентрациялық шектеулерінде (1 - 5%) және сонымен байланысты мұнай өнімдерінің жоғары температуралы қайнайтын фракциялардың анализ мүмкіндігінің болмауы? Дайындалу операцияларын ұзақ уақыт алуы (анилинді кептіру және айдау 12 сағаттан кем емес, силикагельді кептіру - 8 сағат, Мұнай өнім ароматизациясыздандыру және т.б.), қосымша химиялық-аналитикалық немесе физиткалық әдістерді қолданудың қажеттілігі болып табылады [24].
Ең тиімді техникалық шешімі болып ароматикалық көмірсутектердің сомалық құрамын анықтағанда рефрактометрлік әдіс табылады. Бұл әдісте рефрактометрдің ұяшығы тік айдалған бензинмен толтырылады да толқындардың екі ұзындығы үшін сыну көрсеткіштері және DҒС коэффициенті өлшенеді және ароматикалық көмірсутектер құрамы есептеледі:
Берілген әдістің келесі кемшіліктері бар. Ароматикалық көмірсутектерді толқынның екі ұзындықтарының сыну көрсеткіштері арқылы (немесе дисперсиометрлік коэффициент арқылы) анықтау әдісі ароматикалық көмірсутектерді 5 - 10% құрайтын қоспаларға ғана қолданылуы мүмкін.
Бұл ароматикалық және парафин - нафтенді фракциялардың дисперсиометрлік коэффициенттерінің бір-біріне қатынасы екіден артық болмайтындығына байланысты. Дисперсиометрлік коэффициенттің аздаған айырмашылығы рефрактометрлік әдісті мұнай өңдеуші өндірістердегі автоматтандырылған бақылау жүйелерін технологиялық процесті қолдануға шектеулер талап етеді, өйткені өлшемдердің аса мұқият орындалуын талап етеді [25].
Ұсынылған әдістің мақсаты мұнай өнімдерінде ароматикалық көмірсутектердің құрамын кең концентрациялық шектеулерде (1 - 100%) анықтау, анықтаудың жылдамдығы және дәлдігін жоғарылату болып табылады. Бұл өнімнің оптикалық қасиетін өлшеу және таңдау жолымен іске асырылады. Бұл технологиялық процесте ароматикалық көмірсутектердің құрамына оперативті бақылау өткізуге мүмкіндік етеді.
Қойылған мақсат белгілі әдіспен ароматикалық көмірсутектерді құрамын есептеуде қоспалардың сыну көрсеткіштерін өлшеу жолымен шешіледі. Қоспалардың сыну көрсеткіштерін өлшеу екі перпендикулярлы бағыттарда өтеді. Константасы ароматикалық көмірсутектер үшін абсалюттік шама бойынша 20 - 30 есе көп, бұл ароматикалық көмірсутектерді концентрациялық кең диапазонда анықтауға болады.
Бұл әдіспен белгілі магниттік екі сәуле сыну шамасын өлшеу құрылғысы арқылы іске асырылады. Құрылғы ұяшық 1 (кювета), магнит 2, жазық полюсті сәулелену шамы 3 және эллипс тәрізді полюсті сәулелену анализаторынан тұрады [26].
Тәжірибе келесі тәртіппен өтеді. Бірінші ұяшыққа мұнай өнім үлгісін құяды, магнит 2 өрісіне орналастырады, содан кейін жазық полюсті сәулелену шамын үшіншіге қосады. Бастапқыда оптикалық қасиеттері бойынша изатопты мұнай өніміне магниттік өрісті жібергенде оның оптикалық қасиеттерінің изотопиялығы пайда болады, содан үлгі бір осьті кристалдың қасиеттеріне ие болады. Үлгіде магниттік өрістің күш сызықтарына тура және кері сыну көрсеткіштерінің айырмасы туады, эллипс тәрізді полюстеген сәулелену анализаторы көрсеткіштері бойынша зерттелген ортаның сыну көрсеткіштерінің айырмашылығын анықтайды.
Осы әдісті қолдану арқылы бензин, керосин және газойльді фракцияларда ароматты көмірсутектерді анықтау шектерін кеңейтеді, анықтау дәлдігін жоғарылатады және технологиялық процесте мұнай өнімінің құрамын бақылауды жеңілдетеді [27].
Мұнай құрамындағы ароматты көмірсутектер. Ароматты көмірсутекті бөлу кезіндегі экстрагент ретінде жиі қолданылатын еріткіштер: гликоль, сульфолан (тетрагидротиофендиоксид), диметилсульфоксид, N-метилпирролидон (су мен этиленгликольмен бірге). Алғашында диэтиленгликоль қолданылды, қазіргі уақытта оның орнына триэтиленгликоль мен тетраэтиленгликоль пайдаланылады.
Көрсетілген N-метилпирролидон мен диметилсульфоксид еріткіштері олефиндерді ерітпейді, сондықтан оларды риформингтің катализінен (шикізаттың немес тауарлы көмірсутектің арнайы тазалауынсыз), сондай-ақ бензин пиролизінен арматты көмірсутектерді бөлу үшін қолданады. Гликолді қолдана отырып экстракциялау қондырғысы 37 суретте көрсетілген [28].
Қазіргі замаңғы эффективті экстрагенттер ароматты және ароматты емес көмірсутектерді жоғары сапада бөлуді қамтамассыз етеді және кристаллизация температурасы 54ºС төмен болатын (жиілігі 99,9%моль және жоғары) болзол алуға көмектеседі. Масалы, еріткіш ретінде этиленгликольмен қосылған N-метилпирролидон қолданылатын Аросольван процесінде құрамында 0,003% көп емес ароматты емес көмірсутек болатын 99,99% бензол алынады. Ароматты көмірсутек С7-С8 құрамындағы қоспалар, циклоалкан мен парафиннің мөлшері әдетте 0,03 - 0,1% аспайды. Ароматты көмірсутектің жиілік дәрежесін жоғарылату мақсатында экстракция процесін экстрактивті ректификациямен толықтырады. Жоғары жиілік дәрежесіндегі бензолдың бөлінуі жүреді, мысалы, диметилформамидпен экстрактивті айдау [29].
Тауарлы өнімде қаныққан қоспалардың болуы риформингтің жоғары температурада жүруіне сәйкес азаяды. Фракция риформингтің экстракция әдісі арқылы температурасының 62 - 105ºС-ден 505ºС дейін жоғарылауы кезінде және екіншілей ректификациядан 99,95% -ті бензол алынады, оның кристалдану температурасы 5,45 - 5,5ºС, онда осындай жолмен 480ºС-да 99,8% бензол алынды. Циклоалкан мен парафиннің ароматты көмірсутекке айналу дәрежесінің жоғарылауы кәдімгі ректификациялы катализдан ксилол мен толуолдың бөлінуіне әкеледі. Ол оның алынуын арзандатады.
Ароматты көмірсутектің көзі ретінде риформингтің қатты қайнайтын өнімдері қолданылады. Құрамында триметилбензол бар ксилолды бөлуден кейінгі қалған фракция оларды бөлудегі шикізат көзінің негізі болып табылады.
Қазіргі уақыттағы риформинг процессі қуаты 1млн тонна болатын қондырғыда жүреді, ол ескі қондырғыға қарағанда тиімді. Л-35-111000-95 риформинг қондырғысының шикізат бойынша қуаты 1млн.тжыл, жылына 600мың тонна шикізат өндіретін Л-35-11600-95 қондырғысына қарағанда 18% капиталды шығынды азайтады, өнімнің өзіндік құның 3%төмендетеді және өндірістегі еңбекті 65% арттырады [30].
Жалпы алғанда жылдық экономикалық эффект қондырғыға байланысты 1,2млн.т құрайды. Риформинг процессі дамуының келесі кезеңі қондырғының қуатын 2 - 2,5млн.тжыл арттыру. Жаңа қуаттағы риформинг локальді қондырғы түрінде емес бір-бірімен тығыз байланысқан процесті біріктіретін араласқан жүйелі комплексте жасалады.
Көмірсутекті термиялық пиролиздеу мұнайды деструктивті өндеудегі алғашқы өндірістік процесс болды. Алғашында пиролиз светильді газ алуда қолданылды. Бірінші дүниежүзілік соғыс жылдарында көптеген елдерде толуол өндірісінің қосымша көзі ретінде керосинді пиролиздеу қаралды. Пиролиз арқылы ароматты көмірсутекті алу, соның ішінде толуолды, 40-жылға дейін зерттелді және кейіннен риформинг процесінің шығуына байланысты қолданыстан шықты. Қазіргі таңда газтәрізді және сұйық көмірсутекті шикізатты пиролиздеу төмен олефиннің өндірісіндегі жоғарымасштабты әдісі болып келеді, сонымен қатар ароматты көмірсутектің шикізат көзі ретінде қайта қолданыс табылды.
1975 жылы пиролиз өнімдерін шығаратын бензолға шаққанда Шығыс Европада 40%, ал Японияда 81% өндірді. Барлық елдерде бензин пиролизінен алынатын бензолдың көлемі артуда [31].
Олефиндерді алуда ең тиімді шикізат парафин болып табылады, термиялық ыдырау кезінде дегидрлеу мен тізбектің үзілуінен газтәрізді және молекулалық массасы төмен парафин мен олефин алынады. Бес және алты мүшелі циклоалканның пиролизі кезінде сутегі және олефинмен қатар диолефин түзіледі, көбінесе бутадиен. Соңғысының пиролиз өнімі құрамында болуы ароматты көмірсутек алуда маңызды роль атқарады. Белгілі гипотезге сәйкес ароматты көмірсутек бутадиеннің этиленмен және оның гомологімен екіншілей конденсация реакциясы нәтижесінде түзіледі:
Бутадиеннің пропиленмен әрекеттесуі нәтижесінде толуол түзіледі, ал бутадиен мен бутиленнен этилбензол. Осындай жолмен диен мен циклоолефиннің әрекеттесуінен конденсирленген ароматты көмірсутек алынады, мысалы нафталин:
Сонымен қатар ароматты көмірсутектерін циклоалканды дегидрлеу нәтижесінде алуға болатыны белгілі.
Ароматты көмірсутектер (бастапқы шикізатта болады, сонымен қоса пиролиз нәтижесінде алынады) термиялық тұрақты. Аз әсерлесу мен температура өзгерісінде тұрақты болады, бірақ температураның артуымен олардың полициклді көмірсутек пен кокс түзе отырып конденсациялануы мүмкін.
Сұйық және газ тәрізді өнім пиролизінің арасындағы қатынас шикізаттың фракционды құрамына тәуелді. Бастапқы шикізатта сутегінің көміртекке қатысты мөлшері азайған сайын, яғни пиролиздің сол температурада шикізаттың ауырлауына байланысты сәйкес сұйық өнімнің мөлшері артады. Сұйық көмірсутектің көп мөлшерін алуға көмектесетін оптималды шикізат бензин мен газойль болып табылады. Осылайша шикізаттың ауырлануы кезінде сұйық өнімнің шығуы артады, бірақ кокс түзілу де артады [32].
Басқа маңызды фактор - пиролиз өнімінің шығымына әсер ететін температура болып табылады. Пиролиз процессі 750 - 900ºС температурада су буы қатысында және аппараттан шығу қысымы шамамен 0,12 Мпа болғанда жүреді. Температураның артуымен сұйық өнімнің шығыны артады. Сонымен қатар пиролиз температурасының артуымен сұйық өнімнің ароматтану дәрежесі өседі және ароматты көмірсутектің жалпы шығыны өседі. Төменде температураның процеске тәуелділігі мен оның құрамындағы ароматты көмірсутектің мөлшері көрсетілген (пиролизге 35 - 155ºС бензин фракциясы қолданылды, су буы мен шикізаттың қатынасы=0,6:1) :
Соңғы уақытта катализатор қолдана отырып пиролиздеу процесіне көңіл бөлінуде. Мысалы, альмоцирконийлі катализатор қатысында бензин мен басқа да сұйық көмірсутек шикізатынан 75% олефин С2-С4 пен ароматты көмірсутек С6-С8 алынады, ал термиялық пиролизде осы шикізаттардан алынған өнімнің шығыны 60% аспайды. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz