Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі және кинетикасының негіздері
Кіріспе 3
1. Каталитикалық крекинг. Крекинг катализаторлары 4
2. Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі
және кинетикасының негіздері
6
3. Өндірістік процесстердің негізгі факторлары 9
4. Каталитикалық крекингтің өндірістік құрылғылары
Негізгі аппаратуралар мен жабдықтар
12
5. Каталитикалық крекингтің экологияға әсері 15
Қорытынды 17
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 18
1. Каталитикалық крекинг. Крекинг катализаторлары 4
2. Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі
және кинетикасының негіздері
6
3. Өндірістік процесстердің негізгі факторлары 9
4. Каталитикалық крекингтің өндірістік құрылғылары
Негізгі аппаратуралар мен жабдықтар
12
5. Каталитикалық крекингтің экологияға әсері 15
Қорытынды 17
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 18
Крекинг (ағыл. crackіng – бөлшектену, ыдырау) – жанармай алу үшін мұнайды немесе оның жеке фракцияларын өңдеу. Крекинг – мұнай өңдейтін зaттардағы негізгі термиялық процесс.470 – 540С температурада және 4 – 6 МПа қысымда көмірсутектер ыдырап, изомерлену реакциясы жүреді. Бензинмен қатар ауыр қалдықтар (кокс) және көп мөлшерде газ түзіледі.Реакцияның бағыты мен жылдамдығы, алынған өнімнің құрамы бастапқы алынған заттың химиялық құрамына, температураға, жылу әсерінің ұзақтығына, қысымға, қолданылған катализаторға байланысты. Крекингтің бірнеше түрі бар. Термиялық крекинг ашық түсті мұнай өнімдерін алу үшін жоғары температура (470 – 500ӘС) мен қысымда (5 – 6 МПа) өтеді. Мұнда 25 – 40% бензин алынады, оның октан саны төмен '(56 – 60). Күкіртті, шайырлы, жоғары парафинді мұнайда термиялық крекинг өнімнің сапасы төмен болады. Октан саны аз, ал керосин және дизель жанар майында күкірт көп, ауыр қалдықтар 30 – 40% болады. Сондықтан осы кезде көбіне катализдік К. қолданылады. Бұл әдісте түрлі катализаторлар қолданылады, процесс 0,4 МПа-ға дейінгі қысымда, 450 – 520С темпратурада жүргізіледі. Мұнайды, әсіресе, керосин мен газойль фракцияларын катализдік крекинг арқылы өңдейді. Осындай әдіспен октан саны 80 – 90 болатын бензин алуға болады. Су буы арқылы Крекингілеуде мұнай заттарының газдары, мұнайдың ең ауыр фракциялары пайдаланылады. Бұл әдіс пиролизге қарағанда кокстенуді едәуір төмендетіп, олефин шығымын, әсіресе, катализаторлар қолданғанда, арттырады. Гидрокрекинг сутек қысымы арқылы жүргізіліп, мұнайдың күкіртті және шайырлы ауыр фракцияларын өңдеуде қолданылады. Бұл процесс сутектің 5 – 30 МПа қысымында 350 – 450С темп-рада Mo, Nі оксидтері мен сульфидтерін катализатор ретінде қолдану арқылы жүреді. Мұндай процесс кезінде мұнай гидрогенделеді, полициклді көмірсутектер изопарафиндерге ыдырайды.
1. С.А. Ахметов. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа.: Гилем. 2003. С. 414-499
2.Г.К. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. – Алматы.: Бастау, 2007. 192-203 б.
3. Прокопюк С.Г., Масагутов Р.М. Промышленные установки каталитического крекинга. - М.: Химия, 1974. – 224 б.
4. Серебрянский А.Я. Управление установками каталитического крекинга. - М.: Химия, 1983. – 330 б.
5. Омарәлиев Т.О. Мұнай мен газды өңдеудің химиясы және технологиясы (2 бөлім). – Астана: Фолиант, 2011. – 268 б.
6. Құлажанов К.С. Мұнай өңдеу процестерін жетілдіру: Оқулық. – Алматы: Print-S, 2011. – 333 б.
7. Алиев Р.А., Церковный А.Э., Мамедова Г.А. Управление производством при нечеткой исходной информации. - М.: Энергоатомиздат, 1991. – 415 б.
8. Деменков Н.П. Нечеткое управление в технических системах: Учебное пособие. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 246 б.
9. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. – 257 б.
10. Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х.; под ред. А.С. Клюева. – М.:Энергия, 1980. – 364 б.
11. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии: Учебник. – М.: ИРПО; Академия, 2002. – 240 б.
12. http://matlab.exponenta.ru/simulink/book3/6.php сайты
2.Г.К. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. – Алматы.: Бастау, 2007. 192-203 б.
3. Прокопюк С.Г., Масагутов Р.М. Промышленные установки каталитического крекинга. - М.: Химия, 1974. – 224 б.
4. Серебрянский А.Я. Управление установками каталитического крекинга. - М.: Химия, 1983. – 330 б.
5. Омарәлиев Т.О. Мұнай мен газды өңдеудің химиясы және технологиясы (2 бөлім). – Астана: Фолиант, 2011. – 268 б.
6. Құлажанов К.С. Мұнай өңдеу процестерін жетілдіру: Оқулық. – Алматы: Print-S, 2011. – 333 б.
7. Алиев Р.А., Церковный А.Э., Мамедова Г.А. Управление производством при нечеткой исходной информации. - М.: Энергоатомиздат, 1991. – 415 б.
8. Деменков Н.П. Нечеткое управление в технических системах: Учебное пособие. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 246 б.
9. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. – 257 б.
10. Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х.; под ред. А.С. Клюева. – М.:Энергия, 1980. – 364 б.
11. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии: Учебник. – М.: ИРПО; Академия, 2002. – 240 б.
12. http://matlab.exponenta.ru/simulink/book3/6.php сайты
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
3
1.
Каталитикалық крекинг. Крекинг катализаторлары
4
2.
Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі
және кинетикасының негіздері
6
3.
Өндірістік процесстердің негізгі факторлары
9
4.
Каталитикалық крекингтің өндірістік құрылғылары
Негізгі аппаратуралар мен жабдықтар
12
5.
Каталитикалық крекингтің экологияға әсері
15
Қорытынды
17
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
18
КІРІСПЕ
Крекинг (ағыл. crackіng - бөлшектену, ыдырау) - жанармай алу үшін мұнайды немесе оның жеке фракцияларын өңдеу. Крекинг - мұнай өңдейтін зaттардағы негізгі термиялық процесс.470 - 540С температурада және 4 - 6 МПа қысымда көмірсутектер ыдырап, изомерлену реакциясы жүреді. Бензинмен қатар ауыр қалдықтар (кокс) және көп мөлшерде газ түзіледі.Реакцияның бағыты мен жылдамдығы, алынған өнімнің құрамы бастапқы алынған заттың химиялық құрамына, температураға, жылу әсерінің ұзақтығына, қысымға, қолданылған катализаторға байланысты. Крекингтің бірнеше түрі бар. Термиялық крекинг ашық түсті мұнай өнімдерін алу үшін жоғары температура (470 - 500ӘС) мен қысымда (5 - 6 МПа) өтеді. Мұнда 25 - 40% бензин алынады, оның октан саны төмен '(56 - 60). Күкіртті, шайырлы, жоғары парафинді мұнайда термиялық крекинг өнімнің сапасы төмен болады. Октан саны аз, ал керосин және дизель жанар майында күкірт көп, ауыр қалдықтар 30 - 40% болады. Сондықтан осы кезде көбіне катализдік К. қолданылады. Бұл әдісте түрлі катализаторлар қолданылады, процесс 0,4 МПа-ға дейінгі қысымда, 450 - 520С темпратурада жүргізіледі. Мұнайды, әсіресе, керосин мен газойль фракцияларын катализдік крекинг арқылы өңдейді. Осындай әдіспен октан саны 80 - 90 болатын бензин алуға болады. Су буы арқылы Крекингілеуде мұнай заттарының газдары, мұнайдың ең ауыр фракциялары пайдаланылады. Бұл әдіс пиролизге қарағанда кокстенуді едәуір төмендетіп, олефин шығымын, әсіресе, катализаторлар қолданғанда, арттырады. Гидрокрекинг сутек қысымы арқылы жүргізіліп, мұнайдың күкіртті және шайырлы ауыр фракцияларын өңдеуде қолданылады. Бұл процесс сутектің 5 - 30 МПа қысымында 350 - 450С темп-рада Mo, Nі оксидтері мен сульфидтерін катализатор ретінде қолдану арқылы жүреді. Мұндай процесс кезінде мұнай гидрогенделеді, полициклді көмірсутектер изопарафиндерге ыдырайды.
1. Каталитикалық крекинг. Крекинг катализаторлары
Каталитикалық крекинг мұнайдың терең өңделу процессі болып табылады, нәтижесінде 78-81 октандық саны бар бензиндік фракцияларды алу олар моторлы әдіспен жүзеге асады алынатын өнімдер: дизельді фракциялар, құрамында көп мөлшерде пропан-пропиленді және бутан-бутиленді фракциялар бар газдар.
Крекингтің өндірістік катализаторларын әртүрлі қатынаста Al2O3 и SiO2 бар алюмосиликаттардан дайындайды.Крекингтелетін катализаторларды үш типке бөліге болады:
а) қышқылмен өңделген табиғи алюмосиликаттар;
б)кремний оксиді мен алюминий оксидінің әртүрлі қатынастарындадағы аморфты синтетикалықт алюмосилиикаттар;
в) кристаллды синтетикалық алюмосиликаттар.
Барлық крекинг катализаторлары қышқылды орталықтарының барымен сипатталады, олар жоғары температура мен катализатордың активтілігімен анықталады. Табиғи алюмосиликаттар құрамында темір болмайды және олар термотұрақты емес, катализденетіндері сутекті кокстүзушілер болып табылады.
Аморфты алюмосиликаттар құрамында Al2O3жоғары мөлшерде(20-30%) және төмен мөлшерде (10-15%) болғанда оларда темір оксиді болмайды, ал ол оны табиғи етіп тұрған бірден бір фактор, ол жлһоғары мөлшерлі құрамды күкірті бар мұнайлы фракцияларды өңдеу кезінде жоғары термотұрақтылығымен ерекшеленеді, бірақ өту кезіндегі көмірсутектердің айналу дәрежесі ондай жоғары болмайды.
Алюмосиликатты катализаторлардың активтілігін арнайы қоспалардың санымен көтере беруге болады, моторлаушы катализаторлармен, мысалға СО2, галогенқұрамды көмірсутектер, олефиндер және т.б.
Цеолиттер негізіндегі катализаторлар жоғары активтілігімен ерекшеленеді, шикізаттың айналу дәрежесі кіру кезінде ұлғая береді, айналу терең крекингпен жалғастырылады, бензин құрамы құрамындағы көп мөлшерлі парафиндер мен ароматты көмірсутектер бар болуымен ерекшеленеді. Кокс пен газ шығымы азаяды.
Каталитикалық процесстерінің катализаторлары. Алюмосиликатты ультратұрақты цеолитқұрамды микорсферикалық катализаторлар қолданылады,олар процесстің жүруін 5-10 секундқа келтіре алады. Аморфты алюмосиликаттар кеуектілігі жоғары 80 нм диаметрлі болса, ол жоғары молекулалы үлкен адсорбциялы шикізатпен қамтамасыз етеді. Цеолит құрамы катализаторда массасының 20-30% құрайды. Барлық крекинг катализаторлары мүмкіндігінше барлығы сирек жер металлдарының оксидтерінің элементтерінен тұрады. Лантан мен онымен қатар жүретін элементтер қолданылады: неодим, диспрозий және тағы сол сияқты тұрақтылықты элементтер. СЖЭ оксидтер катализатордағы құрамы масасының 2,5%нан аспайды. Катализатордың орташа құрамы мен физикалық құрылысы 1кестеде көрсетілген.
1кесте - катализатордың орташа құрамы
көрсеткіштер
Өлшеу бірлігі
% масса құрамы .:
Al2O3
30-45
SiO2
50-68
РЗЭ
0,6-2,5
Na2O3
0,25
Себілетін тығыздық, кгм[3]
680-840
микроактивтілік
55-79
2. Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі және кинетикасының негіздері
Катализаторлық крекинг кезінде жүретін реакциялар термиялық крекинг кезіндегі реакциялардан ерекшеленеді, біріншісінде карбоний - иондары түзілсе, онда термиялық крекинг бос радикалдардың түзілу сатысы арқылы өткенде жүреді.Каталитикалық крекинг кезінде біріншілік крекингтік және екіншілік реакциялар жүреді, мысалға көмірсутек қаңқасының изомеризациясы және сутек ауысуы сияқты.
Карбоний-ионының түзілуі міндетті түрде көміртек-сутек байланысының үзілуі болу керек. Дегидирирлеу реакциясының бірінші сатысы болып табылады.
Мұндағы А[-] - катализатордың қышқылдық ортасы.
Карбоний-ион катализатордың қышқылдық орталығы А[-]пен тығ.з байланысты.
Валентті-қанықпаған қышқылдық катализатор карбоний-ион орталығы көмірсутек электрондары есебінен тұрақтанады.
Реакцияның ары қарай жүруі карбоний-ионымен крекингке түсетін парафинді көмірсутектеоге тәуелді жүреді:
Топтаудың ережесіне байланысты карбоний-иона β-байланысы сияқты бөлінеді.
Жаңа карбоний-ионы өз кезегінде біріншілік карбоний-ион көрсетеді, ал ол Макровников ереждесіне сай топтастырылуы керек, өзінен соң екіншілік және үшіншілік карбоний-ионынын қарапайым молекулаішілік протон қозғалысы арқасында жүзеге асыра отырып:
Парафиндердің каталитикалық крекингі кезінде С3-С4 байланыстарының үзілуі байқалады;одан ары қарай молекула орталығына таман С4-С5 үзілуі болады жәнеС1-С2байланысының үзілуі мүмкіндігі аз болады.
Алкендердің айналуы.Каталитикалық крекинг шарттарында ең активтілігі жоғарысы болып шексіз көмірсутектер табылады. Бірақ олар шикізат крекинг кезнде болмайды, алкендер үздіксіз н-парафиндердің,алкилбензолдар мен алкилциклоалканлардың бөліну процессі кезінде міндетті түрде қатысады.Карбоний-ионы олефинмен аусыпалы гидрид ионы мен әрекеттесіп, шексіз карбоний-ионын түзеді:
Одан ары қарай шексіз карбоний-ионы түсуі мүмкін:
а) β-бөлінуге, нәтижесінде аз молялы массалы алкен түзеді, ол қалған қаныққан бөлігі сутегімен әрекеттесіп кетеді.
б) Шексіз карбоний-ионында молекулаішілік топалмасу жүруі мүмкін,ол протона (б) миграциясына әкелуіә мүмкін, осыдан соң тұрақты карбоний-ионы басұа алкенге қз протоннын береді және оның нәтижесінде диенмен жаңа карбоний-ион (в) түзіледі (сутектің диспропорционирлену реакциясы):
(б)
(в)
Циклоалкандардың айналуы
Негізгі реакциялар болып табылатындар: сақинаның ашылуы нәтижесінде алкендер мен диендер түзіледі; дегидрирлену , арендер мен жанындағы тізбектердің изомеризациясына әкеледі.
Гомоядролы цикландар: циклопентан, циклогексан, декалин - тұрақтылығы айтарлықтай жоғары заттар.Жандық тізбектің болуы нафталиндік көмірсутектерді крекингке жақын етеді, ол үшіншілік атомдық көміртектің болуымен байланысты.
Циклоалкандар протонның активті доноры болып табылады, онда сутектің диспропорционирленуі эффективті жүреді.Циклдың бөлінуі:
Екіншілік реакциялар.
1 Егер бөліну С-Н байланысы арасында жүрсе,онда реакция сутек атомының жекеленуінен түсіп қалынуына әсер етеді:
2 Циклдар изомеризациясы. Классикалық сызба:
Циклдар изомеризациясы дұрыс әрі негізделген болуы үшін -комплекстерін қолданады.
Ароматты көмірсутектердің айналуы.
Термиялық крекингтегі сияқты гомоядролы ароматика - бензол, нафталин, дифенил - каталитикалық крекингтің шарттарында практикалық төзімді болып келеді.
Моноалкилдыбензолдардың бөлінуге жақын қасиеті жандық тізбектің ұзындығының өсуіне қарай ұлғаяды. Жандық тізбектің изоқұрлысы бөліну қасиетін арттырады. Барлық жағыдайда алкилбензолдар Сар.-Сал.байланысында крекингтеледі.
Олефиндер екіншілік айналуға түседі.
Алкилнафталиндер алкилбензолмен аналогты бөлінеді. Нафтендыароматты көмірсутектер бензол мен оның гомологтарын түзе отырып тез бөлінеді.
Дифенил каталиткалық крекинг шарттарында инертті, оны алкилөндірісті - жоғары реакциондық қасиет деп атайды.
Конденсирленген ароматика негізгі сутектік бөлінуге түседі, нәтижесінде кокс пен сутек түзілуіне қатысты қаттар түзіледі. Байқалмайтын жағыдайлы дәрежеде ароматты көмірсутектерді алкилирлеу жүреді. Алкилирлеу дегидроциклизациямен қатар жүреді:
Пайда болған ароматты жартылайциклоалканды қосылыстар реакцияның ары жалғасуы кезінде кокс түзіп алкилирленген конденсацияға түседі.
3. Өндірістік процесстердің негізгі факторлары
Каталитикалық крекинг процессінің факторлары деп технологиялық режим параметрлерін атайды, ол алынатын өнім шығыны мен сапасы, экономикалық көрсеткіштері және экологиялық сипаттамалары. Олардың техноголиялық құрылғыдағы регламинтитерінің шегі жазылып алынып отырады. Эксплутация процессі кезінде бұл параметрлер тұрақты етіліп ұсталынып тұрады, және шикізат пен катализатор құрамы шарттарының өзгермеуіне жағдай жасайды.
Процессітің негізгі факторлары болып табылатындары: шикізаттың физико-химиялық құрамы, реактордағы температура, катализатор циркуляциясының қысқалығы, реактордың жұмыс зонасындағы қысым,катализатормен шикізаттың араласу уақыты, реактордағы су буының шығуы, газойл рециркуляциясы.
Айналу тереңдігі немесе конверсияны салыстырмалы көрсеткіш деп қарастыруға болады, ол әртүрлі жағыдайда процесстің өтуән сипаттаушы болып табылады. Массадан 80% жоғары конверсия жоғары болып саналады, 67-77 аралығында - орташа, 67 аз болса - төмен. Безиннің максимальды шығымы 75-79% масс конверсияда болады.
Консерсиямен процесстің технологиялық режимінің қаттылық сияқты ұғыммен байланысты. Қаттты режим - реакторда температураның жоғары болуы, катализатордың циркуляциясының қысқалығы, конверсияның мәнін жоғары ету және кокстың шығымын үлкейту және бензиннің октан санын максимальды ету.
Реактордағы температура. Каталитикалық крекинг процессінде химиялық реакция негіздері жылуды жұтумен жүреді, осы себепке байланысты өнім температуралардың крекингі шикізаттың катализатормен әсерлесу зонасында олардың қолғалуы реактордан шығу кезінде төмендейді.Реактордың ұзындығына қарай температураның төмендеуі 30-40°Сқа жетуі мүмкін. Оның мәндері бірнеше нүктеде бақыланып отырады, ол нүктелер реактордың ұзындық бойымен орналасады. Жұмыс режимінде құрылғы температуралары мына аралықта өзгеруі мүмкін: 490-530°С. Реактордағы температура ретінде әдетте шығымдағы өнім температурасын алады ол циклонға шығатын кездегі температура. Ол реакторға енетін шикізат пен катализатор температурасына, катализатор активтілігіне , айналу тереңдігіне, су буының берілген мөлшеріне, шикізаттың бөліну дәрежесі мен физико-химиялық құрамына тәуелді. Реактордағы температура циркуляның қысқалығына байланысты регенирленген катализатор температурасы негізгі параметрлерге жатады, оларды құрылғының жұмыс процессі кезінде өзгертуге болады. Құрылғының эксплуатациясы кезінде катализатордың активтілігі пен селективтілігі азаяды. Сондықтан реактор циклоны мен регенератордағы шығын циркуляциялық жүйеге жаңа күйінде еңгізіледі немесе катализатормен тепе теңдікке келтіреді. Бензин шығынын сақтау және оның октан санын тұрақты етіп сақтап тұру үшін қажетінше тепе теңдік болу үшін реактордағы температураны жоғарылатып катализатормен толықтырып отырады. Бұл операциялар біріншіліктің температурасының өсуімен жүргізіледі (шикізаттың ауыр көмірсутектерінің катализатомен әрекеттескенде ажырауы) және екіншіліктердің (біріншілік реакция кезінде түзілген көмірсутектерді айландыру) химиялық реакциясы, ол шикізат конверсиясының өсуіне, шығымның өзгеруіне және алынатун өнім құрамының өзгеруіне көмектеседі. Реактордағы температураны орташа есеппен 10°Сқа көтеру конверсияның 12-13% өсуіне әкеледі. Оның 530°С дейін көтерілуінен (1сурет) бензин шығымын ұлғайтады (н.к.-195°С) және оның октан саны әдіс бойынша өседі.
1 сурет - Бензин шығымы мен октан санының реактордағы температурадан тәуелділігі
530°Стан жоғары температурада пайда болатын бензин саны азаяды, өйткені оның құрамына кіретін көмірсутектер бөлінуге ұшырайды. Ол перекрекинг деп аталады. Ол артық кокс пен газ мөлшерінің пайда болуына әкеледі.
Бензинніңшығымы 520-530°С температурада ғана максимальдыға жетеді, басқа осындай шарттарда шикізаттың физико-химиялық қасиеті мен катализатор активтілігі анықталады. Реактордағы температураның өсуімен бензиннің октан саны оның құрамындағы олефиндік және ароматты көмірсутектердің әсерінен өседі. Бірақ температура мәні 530°Стан жоғары болса бензиннің октан саны өсуін тоқтатады, оның құрамына кіретін көмірсутектер изомерлері арасындағытепе теңдік орнатылу есебінен болуы керек.
Одан басқа реакторда температураның өсуімен құрғақ газдың, пропанпропиленді, бутанбутиленді фракциялардың және кокстың шығымы өседі. Пропилен мен бутиленнің осындай құрамы кезінде сәйкесінше фракицяда өседі. Газтәрізді өнімдердің шығымының санының өсуі оның құрамындағы шексіз көмірсутектердің санын екіншілік реакцияның өсуіне тәуелді болып келеді, ол біріншілік реакция крекингі бойынша нафтендік және парафиндік көмірсутектердің изоқұрылысының ондағы үшінші атом көміртегімен тығыз байланыста болуына тәуелді.
Газтәрізді көмірсутектердің шығымының өсуі (С1-С4) реактордағы қысымның өсуіне әкеледі, негізгі фракциондық колоннадағы тоңазытқыштыконденсаторларғ компрессорлар және құрғақ газ тазалуашы абсорбер жұмысын нашарлатады.
Реакторда температураның жоғарылауымен жандық тізбектегі би- және полициклдық ароматты көмірсутектердің бөлінуі тездейді (деалкилирлеуреакциялары ). Бұл алкандарға қарағанда жоғары тығыздықты, цетан саны аз қысқа жандық тізбекті ароматты көмірсутектердің пайда болуына әкеледі, Олар жеңіл және ауыр газойлдармен конденсирленеді ( ректификациондық колонналарда кубтық өнімде). Құрылғы жұмысы кезінде реактордағы температура арнайы етіп қойылады ол бензин шығыны мен оның октан санын тұрақты етіп ұстап тұруы керек, ол оның тұрақтылығы регенирленген катализатормен реакторға 650-750°С температурамен түсетін автоматты шығынды реттеп отырады.
Осылайша реактордағы температура процесстің басты параметрі болып табылады, ол берілген шикізатта катализаторда өнімділік бензиннің оптимальы шығынымен октан саны анықталған болып келеді. Қалған процесс параметрлері катализатор шикізат қысқалығында катализатор мен шикізат температурасы (200-250°С)болады, су буының шығымы реактордағы температурада белгілі мәнге ие болуы керек.
Қысым р=0,1- 0,3 МПа ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
3
1.
Каталитикалық крекинг. Крекинг катализаторлары
4
2.
Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі
және кинетикасының негіздері
6
3.
Өндірістік процесстердің негізгі факторлары
9
4.
Каталитикалық крекингтің өндірістік құрылғылары
Негізгі аппаратуралар мен жабдықтар
12
5.
Каталитикалық крекингтің экологияға әсері
15
Қорытынды
17
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
18
КІРІСПЕ
Крекинг (ағыл. crackіng - бөлшектену, ыдырау) - жанармай алу үшін мұнайды немесе оның жеке фракцияларын өңдеу. Крекинг - мұнай өңдейтін зaттардағы негізгі термиялық процесс.470 - 540С температурада және 4 - 6 МПа қысымда көмірсутектер ыдырап, изомерлену реакциясы жүреді. Бензинмен қатар ауыр қалдықтар (кокс) және көп мөлшерде газ түзіледі.Реакцияның бағыты мен жылдамдығы, алынған өнімнің құрамы бастапқы алынған заттың химиялық құрамына, температураға, жылу әсерінің ұзақтығына, қысымға, қолданылған катализаторға байланысты. Крекингтің бірнеше түрі бар. Термиялық крекинг ашық түсті мұнай өнімдерін алу үшін жоғары температура (470 - 500ӘС) мен қысымда (5 - 6 МПа) өтеді. Мұнда 25 - 40% бензин алынады, оның октан саны төмен '(56 - 60). Күкіртті, шайырлы, жоғары парафинді мұнайда термиялық крекинг өнімнің сапасы төмен болады. Октан саны аз, ал керосин және дизель жанар майында күкірт көп, ауыр қалдықтар 30 - 40% болады. Сондықтан осы кезде көбіне катализдік К. қолданылады. Бұл әдісте түрлі катализаторлар қолданылады, процесс 0,4 МПа-ға дейінгі қысымда, 450 - 520С темпратурада жүргізіледі. Мұнайды, әсіресе, керосин мен газойль фракцияларын катализдік крекинг арқылы өңдейді. Осындай әдіспен октан саны 80 - 90 болатын бензин алуға болады. Су буы арқылы Крекингілеуде мұнай заттарының газдары, мұнайдың ең ауыр фракциялары пайдаланылады. Бұл әдіс пиролизге қарағанда кокстенуді едәуір төмендетіп, олефин шығымын, әсіресе, катализаторлар қолданғанда, арттырады. Гидрокрекинг сутек қысымы арқылы жүргізіліп, мұнайдың күкіртті және шайырлы ауыр фракцияларын өңдеуде қолданылады. Бұл процесс сутектің 5 - 30 МПа қысымында 350 - 450С темп-рада Mo, Nі оксидтері мен сульфидтерін катализатор ретінде қолдану арқылы жүреді. Мұндай процесс кезінде мұнай гидрогенделеді, полициклді көмірсутектер изопарафиндерге ыдырайды.
1. Каталитикалық крекинг. Крекинг катализаторлары
Каталитикалық крекинг мұнайдың терең өңделу процессі болып табылады, нәтижесінде 78-81 октандық саны бар бензиндік фракцияларды алу олар моторлы әдіспен жүзеге асады алынатын өнімдер: дизельді фракциялар, құрамында көп мөлшерде пропан-пропиленді және бутан-бутиленді фракциялар бар газдар.
Крекингтің өндірістік катализаторларын әртүрлі қатынаста Al2O3 и SiO2 бар алюмосиликаттардан дайындайды.Крекингтелетін катализаторларды үш типке бөліге болады:
а) қышқылмен өңделген табиғи алюмосиликаттар;
б)кремний оксиді мен алюминий оксидінің әртүрлі қатынастарындадағы аморфты синтетикалықт алюмосилиикаттар;
в) кристаллды синтетикалық алюмосиликаттар.
Барлық крекинг катализаторлары қышқылды орталықтарының барымен сипатталады, олар жоғары температура мен катализатордың активтілігімен анықталады. Табиғи алюмосиликаттар құрамында темір болмайды және олар термотұрақты емес, катализденетіндері сутекті кокстүзушілер болып табылады.
Аморфты алюмосиликаттар құрамында Al2O3жоғары мөлшерде(20-30%) және төмен мөлшерде (10-15%) болғанда оларда темір оксиді болмайды, ал ол оны табиғи етіп тұрған бірден бір фактор, ол жлһоғары мөлшерлі құрамды күкірті бар мұнайлы фракцияларды өңдеу кезінде жоғары термотұрақтылығымен ерекшеленеді, бірақ өту кезіндегі көмірсутектердің айналу дәрежесі ондай жоғары болмайды.
Алюмосиликатты катализаторлардың активтілігін арнайы қоспалардың санымен көтере беруге болады, моторлаушы катализаторлармен, мысалға СО2, галогенқұрамды көмірсутектер, олефиндер және т.б.
Цеолиттер негізіндегі катализаторлар жоғары активтілігімен ерекшеленеді, шикізаттың айналу дәрежесі кіру кезінде ұлғая береді, айналу терең крекингпен жалғастырылады, бензин құрамы құрамындағы көп мөлшерлі парафиндер мен ароматты көмірсутектер бар болуымен ерекшеленеді. Кокс пен газ шығымы азаяды.
Каталитикалық процесстерінің катализаторлары. Алюмосиликатты ультратұрақты цеолитқұрамды микорсферикалық катализаторлар қолданылады,олар процесстің жүруін 5-10 секундқа келтіре алады. Аморфты алюмосиликаттар кеуектілігі жоғары 80 нм диаметрлі болса, ол жоғары молекулалы үлкен адсорбциялы шикізатпен қамтамасыз етеді. Цеолит құрамы катализаторда массасының 20-30% құрайды. Барлық крекинг катализаторлары мүмкіндігінше барлығы сирек жер металлдарының оксидтерінің элементтерінен тұрады. Лантан мен онымен қатар жүретін элементтер қолданылады: неодим, диспрозий және тағы сол сияқты тұрақтылықты элементтер. СЖЭ оксидтер катализатордағы құрамы масасының 2,5%нан аспайды. Катализатордың орташа құрамы мен физикалық құрылысы 1кестеде көрсетілген.
1кесте - катализатордың орташа құрамы
көрсеткіштер
Өлшеу бірлігі
% масса құрамы .:
Al2O3
30-45
SiO2
50-68
РЗЭ
0,6-2,5
Na2O3
0,25
Себілетін тығыздық, кгм[3]
680-840
микроактивтілік
55-79
2. Каталитикалық крекингтің механизмі, химизімі және кинетикасының негіздері
Катализаторлық крекинг кезінде жүретін реакциялар термиялық крекинг кезіндегі реакциялардан ерекшеленеді, біріншісінде карбоний - иондары түзілсе, онда термиялық крекинг бос радикалдардың түзілу сатысы арқылы өткенде жүреді.Каталитикалық крекинг кезінде біріншілік крекингтік және екіншілік реакциялар жүреді, мысалға көмірсутек қаңқасының изомеризациясы және сутек ауысуы сияқты.
Карбоний-ионының түзілуі міндетті түрде көміртек-сутек байланысының үзілуі болу керек. Дегидирирлеу реакциясының бірінші сатысы болып табылады.
Мұндағы А[-] - катализатордың қышқылдық ортасы.
Карбоний-ион катализатордың қышқылдық орталығы А[-]пен тығ.з байланысты.
Валентті-қанықпаған қышқылдық катализатор карбоний-ион орталығы көмірсутек электрондары есебінен тұрақтанады.
Реакцияның ары қарай жүруі карбоний-ионымен крекингке түсетін парафинді көмірсутектеоге тәуелді жүреді:
Топтаудың ережесіне байланысты карбоний-иона β-байланысы сияқты бөлінеді.
Жаңа карбоний-ионы өз кезегінде біріншілік карбоний-ион көрсетеді, ал ол Макровников ереждесіне сай топтастырылуы керек, өзінен соң екіншілік және үшіншілік карбоний-ионынын қарапайым молекулаішілік протон қозғалысы арқасында жүзеге асыра отырып:
Парафиндердің каталитикалық крекингі кезінде С3-С4 байланыстарының үзілуі байқалады;одан ары қарай молекула орталығына таман С4-С5 үзілуі болады жәнеС1-С2байланысының үзілуі мүмкіндігі аз болады.
Алкендердің айналуы.Каталитикалық крекинг шарттарында ең активтілігі жоғарысы болып шексіз көмірсутектер табылады. Бірақ олар шикізат крекинг кезнде болмайды, алкендер үздіксіз н-парафиндердің,алкилбензолдар мен алкилциклоалканлардың бөліну процессі кезінде міндетті түрде қатысады.Карбоний-ионы олефинмен аусыпалы гидрид ионы мен әрекеттесіп, шексіз карбоний-ионын түзеді:
Одан ары қарай шексіз карбоний-ионы түсуі мүмкін:
а) β-бөлінуге, нәтижесінде аз молялы массалы алкен түзеді, ол қалған қаныққан бөлігі сутегімен әрекеттесіп кетеді.
б) Шексіз карбоний-ионында молекулаішілік топалмасу жүруі мүмкін,ол протона (б) миграциясына әкелуіә мүмкін, осыдан соң тұрақты карбоний-ионы басұа алкенге қз протоннын береді және оның нәтижесінде диенмен жаңа карбоний-ион (в) түзіледі (сутектің диспропорционирлену реакциясы):
(б)
(в)
Циклоалкандардың айналуы
Негізгі реакциялар болып табылатындар: сақинаның ашылуы нәтижесінде алкендер мен диендер түзіледі; дегидрирлену , арендер мен жанындағы тізбектердің изомеризациясына әкеледі.
Гомоядролы цикландар: циклопентан, циклогексан, декалин - тұрақтылығы айтарлықтай жоғары заттар.Жандық тізбектің болуы нафталиндік көмірсутектерді крекингке жақын етеді, ол үшіншілік атомдық көміртектің болуымен байланысты.
Циклоалкандар протонның активті доноры болып табылады, онда сутектің диспропорционирленуі эффективті жүреді.Циклдың бөлінуі:
Екіншілік реакциялар.
1 Егер бөліну С-Н байланысы арасында жүрсе,онда реакция сутек атомының жекеленуінен түсіп қалынуына әсер етеді:
2 Циклдар изомеризациясы. Классикалық сызба:
Циклдар изомеризациясы дұрыс әрі негізделген болуы үшін -комплекстерін қолданады.
Ароматты көмірсутектердің айналуы.
Термиялық крекингтегі сияқты гомоядролы ароматика - бензол, нафталин, дифенил - каталитикалық крекингтің шарттарында практикалық төзімді болып келеді.
Моноалкилдыбензолдардың бөлінуге жақын қасиеті жандық тізбектің ұзындығының өсуіне қарай ұлғаяды. Жандық тізбектің изоқұрлысы бөліну қасиетін арттырады. Барлық жағыдайда алкилбензолдар Сар.-Сал.байланысында крекингтеледі.
Олефиндер екіншілік айналуға түседі.
Алкилнафталиндер алкилбензолмен аналогты бөлінеді. Нафтендыароматты көмірсутектер бензол мен оның гомологтарын түзе отырып тез бөлінеді.
Дифенил каталиткалық крекинг шарттарында инертті, оны алкилөндірісті - жоғары реакциондық қасиет деп атайды.
Конденсирленген ароматика негізгі сутектік бөлінуге түседі, нәтижесінде кокс пен сутек түзілуіне қатысты қаттар түзіледі. Байқалмайтын жағыдайлы дәрежеде ароматты көмірсутектерді алкилирлеу жүреді. Алкилирлеу дегидроциклизациямен қатар жүреді:
Пайда болған ароматты жартылайциклоалканды қосылыстар реакцияның ары жалғасуы кезінде кокс түзіп алкилирленген конденсацияға түседі.
3. Өндірістік процесстердің негізгі факторлары
Каталитикалық крекинг процессінің факторлары деп технологиялық режим параметрлерін атайды, ол алынатын өнім шығыны мен сапасы, экономикалық көрсеткіштері және экологиялық сипаттамалары. Олардың техноголиялық құрылғыдағы регламинтитерінің шегі жазылып алынып отырады. Эксплутация процессі кезінде бұл параметрлер тұрақты етіліп ұсталынып тұрады, және шикізат пен катализатор құрамы шарттарының өзгермеуіне жағдай жасайды.
Процессітің негізгі факторлары болып табылатындары: шикізаттың физико-химиялық құрамы, реактордағы температура, катализатор циркуляциясының қысқалығы, реактордың жұмыс зонасындағы қысым,катализатормен шикізаттың араласу уақыты, реактордағы су буының шығуы, газойл рециркуляциясы.
Айналу тереңдігі немесе конверсияны салыстырмалы көрсеткіш деп қарастыруға болады, ол әртүрлі жағыдайда процесстің өтуән сипаттаушы болып табылады. Массадан 80% жоғары конверсия жоғары болып саналады, 67-77 аралығында - орташа, 67 аз болса - төмен. Безиннің максимальды шығымы 75-79% масс конверсияда болады.
Консерсиямен процесстің технологиялық режимінің қаттылық сияқты ұғыммен байланысты. Қаттты режим - реакторда температураның жоғары болуы, катализатордың циркуляциясының қысқалығы, конверсияның мәнін жоғары ету және кокстың шығымын үлкейту және бензиннің октан санын максимальды ету.
Реактордағы температура. Каталитикалық крекинг процессінде химиялық реакция негіздері жылуды жұтумен жүреді, осы себепке байланысты өнім температуралардың крекингі шикізаттың катализатормен әсерлесу зонасында олардың қолғалуы реактордан шығу кезінде төмендейді.Реактордың ұзындығына қарай температураның төмендеуі 30-40°Сқа жетуі мүмкін. Оның мәндері бірнеше нүктеде бақыланып отырады, ол нүктелер реактордың ұзындық бойымен орналасады. Жұмыс режимінде құрылғы температуралары мына аралықта өзгеруі мүмкін: 490-530°С. Реактордағы температура ретінде әдетте шығымдағы өнім температурасын алады ол циклонға шығатын кездегі температура. Ол реакторға енетін шикізат пен катализатор температурасына, катализатор активтілігіне , айналу тереңдігіне, су буының берілген мөлшеріне, шикізаттың бөліну дәрежесі мен физико-химиялық құрамына тәуелді. Реактордағы температура циркуляның қысқалығына байланысты регенирленген катализатор температурасы негізгі параметрлерге жатады, оларды құрылғының жұмыс процессі кезінде өзгертуге болады. Құрылғының эксплуатациясы кезінде катализатордың активтілігі пен селективтілігі азаяды. Сондықтан реактор циклоны мен регенератордағы шығын циркуляциялық жүйеге жаңа күйінде еңгізіледі немесе катализатормен тепе теңдікке келтіреді. Бензин шығынын сақтау және оның октан санын тұрақты етіп сақтап тұру үшін қажетінше тепе теңдік болу үшін реактордағы температураны жоғарылатып катализатормен толықтырып отырады. Бұл операциялар біріншіліктің температурасының өсуімен жүргізіледі (шикізаттың ауыр көмірсутектерінің катализатомен әрекеттескенде ажырауы) және екіншіліктердің (біріншілік реакция кезінде түзілген көмірсутектерді айландыру) химиялық реакциясы, ол шикізат конверсиясының өсуіне, шығымның өзгеруіне және алынатун өнім құрамының өзгеруіне көмектеседі. Реактордағы температураны орташа есеппен 10°Сқа көтеру конверсияның 12-13% өсуіне әкеледі. Оның 530°С дейін көтерілуінен (1сурет) бензин шығымын ұлғайтады (н.к.-195°С) және оның октан саны әдіс бойынша өседі.
1 сурет - Бензин шығымы мен октан санының реактордағы температурадан тәуелділігі
530°Стан жоғары температурада пайда болатын бензин саны азаяды, өйткені оның құрамына кіретін көмірсутектер бөлінуге ұшырайды. Ол перекрекинг деп аталады. Ол артық кокс пен газ мөлшерінің пайда болуына әкеледі.
Бензинніңшығымы 520-530°С температурада ғана максимальдыға жетеді, басқа осындай шарттарда шикізаттың физико-химиялық қасиеті мен катализатор активтілігі анықталады. Реактордағы температураның өсуімен бензиннің октан саны оның құрамындағы олефиндік және ароматты көмірсутектердің әсерінен өседі. Бірақ температура мәні 530°Стан жоғары болса бензиннің октан саны өсуін тоқтатады, оның құрамына кіретін көмірсутектер изомерлері арасындағытепе теңдік орнатылу есебінен болуы керек.
Одан басқа реакторда температураның өсуімен құрғақ газдың, пропанпропиленді, бутанбутиленді фракциялардың және кокстың шығымы өседі. Пропилен мен бутиленнің осындай құрамы кезінде сәйкесінше фракицяда өседі. Газтәрізді өнімдердің шығымының санының өсуі оның құрамындағы шексіз көмірсутектердің санын екіншілік реакцияның өсуіне тәуелді болып келеді, ол біріншілік реакция крекингі бойынша нафтендік және парафиндік көмірсутектердің изоқұрылысының ондағы үшінші атом көміртегімен тығыз байланыста болуына тәуелді.
Газтәрізді көмірсутектердің шығымының өсуі (С1-С4) реактордағы қысымның өсуіне әкеледі, негізгі фракциондық колоннадағы тоңазытқыштыконденсаторларғ компрессорлар және құрғақ газ тазалуашы абсорбер жұмысын нашарлатады.
Реакторда температураның жоғарылауымен жандық тізбектегі би- және полициклдық ароматты көмірсутектердің бөлінуі тездейді (деалкилирлеуреакциялары ). Бұл алкандарға қарағанда жоғары тығыздықты, цетан саны аз қысқа жандық тізбекті ароматты көмірсутектердің пайда болуына әкеледі, Олар жеңіл және ауыр газойлдармен конденсирленеді ( ректификациондық колонналарда кубтық өнімде). Құрылғы жұмысы кезінде реактордағы температура арнайы етіп қойылады ол бензин шығыны мен оның октан санын тұрақты етіп ұстап тұруы керек, ол оның тұрақтылығы регенирленген катализатормен реакторға 650-750°С температурамен түсетін автоматты шығынды реттеп отырады.
Осылайша реактордағы температура процесстің басты параметрі болып табылады, ол берілген шикізатта катализаторда өнімділік бензиннің оптимальы шығынымен октан саны анықталған болып келеді. Қалған процесс параметрлері катализатор шикізат қысқалығында катализатор мен шикізат температурасы (200-250°С)болады, су буының шығымы реактордағы температурада белгілі мәнге ие болуы керек.
Қысым р=0,1- 0,3 МПа ... 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