Тема 9. Переработка углеродсодержащего сырья

Примеры тестовых заданий по теме 8

Контрольные вопросы к теме 8

1. Перечислите основные элементы, входящие в состав растительных тканей и укажите их роль для жизнедеятельности растений.

2. Чем вызвана необходимость введения в почву минеральных удобрений (МУ) на современном этапе земледелия?

3. Приведите классификацию современных минеральных удобрений

4. Какие существуют способы выражения содержания питательных веществ в минеральных удобрениях?

5. Укажите основные типовые процессы солевой технологии, используемые в производстве минеральных удобрений и приведите примеры.

6. Чем отличается физическое растворение от химического? Политермическая кристаллизация от изотермической? Приведите примеры.

№1

Азотные удобрения нитратной формы:

- карбамид;

- аммиачная вода;

- сульфат аммония;

- нитрат натрия;

- нитрат кальция.

№2

Сырье для производства простого суперфосфата:

- HNO₃;

- H₂SO₄;

- Ca₃(PO₄)₂;

- CaSO₄;

- H₃PO₄.

Динамика использования нефти, природного газа и угля в качестве сырья химических производств. Переработка на синтез-газ, группы углеводородов.

Мировые запасы нефти, основные показатели распространенности и потребления нефти по странам. Основные целевые продукты нефтепереработки, их очистка. Первичные и вторичные процессы нефтепереработки. Глубокая переработка нефти с использованием каталитических процессов – основа ресурсосбережения и получения высококачественных моторных топлив, смазочных масел и широкого ассортимента сырья для микробиологического синтеза. Варианты схем переработки нефти. Современное представление о происхождении горючих ископаемых.

Переработка нефти и газового конденсата

Промышленная переработка нефти и газовых конденсатов на совре­менных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) осуществляется путем сложной многоступенчатой физической и химической переработки на от­дельных или комбинированных крупнотоннажных технологических уста­новках, предназначенных для получения различных компонентов или ас­сортиментов товарных нефтепродуктов.

Существует три основных направления переработки нефти:

1) топливное;

2) топливно - масляное

3) нефтехимическое или комплекс­ное (топливно-нефтехимическое или топливно-масляно-нефте­химическое).

При топливном направлении нефть и газовый конденсат в основном перерабатывается на моторные и котельные топлива. Переработка нефти на НПЗ топливного профиля может быть глубокой и неглубокой. Техноло­гическая схема НПЗ с неглубокой переработкой отличается небольшим числом технологических процессов и небольшим ассортиментом нефте­продуктов. Выход моторных топлив по этой схеме не превышает 55-60 % масс. Выход котельного топлива составляет 30-35 % масс.

При глубокой переработке стремятся получить максимально высокий выход высококачественных моторных топлив путем вовлечения в их про­изводство остатков атмосферной и вакуумной перегонок, а также нефтезаводских газов. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к ми­нимуму. Глубина переработки нефти при этом достигает до 70-90 % масс.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с мотор­ными топливами получают различные сорта смазочных масел. Для произ­водства последних подбирают обычно нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций с учетом их качества.

Нефтехимическая и комплексная переработка нефти предусматривает наряду с топливами и маслами производство сырья для нефтехимии (аро­матические углеводороды, парафины, сырье для пиролиза и др.), а в ряде случаев выпуск товарной продукции нефтехимического синтеза.

Выбор конкретного направления, соответственно схем переработки нефтяного сырья и ассортимента выпускаемых нефтепродуктов, обуслов­ливается, прежде всего, качеством нефти, ее отдельных топливных и мас­ляных фракций, требованиями на качество товарных нефтепродуктов, а также потребностями в них данного экономического района.

Прямая перегонка нефти

Технологические установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фракции и последующей переработки или исполь­зования их как компонентов товарных нефтепродуктов. Они составляют основу всех НПЗ.

Процессы перегонки нефти осуществляют на так называемых атмо­сферных трубчатых (AT) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках.

На установках AT осуществляют неглубокую перегонку нефти с по­лучением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фракций и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые, масляные фракции и гудрон используют в качестве сы­рья процессов последующей (вторичной) переработки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и других нефтепродуктов.

Современные процессы перегонки нефти являются комбинирован­ными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ - AT, ЭЛОУ - АВТ, ЭЛОУ -АВТ - вторичная перегонка и так далее.

Рис. 7. Принципиальная схема блока атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ -АВТ- 6:

1 - отбензнивающая колонна, 2 - атмосфер­ная колонна, 3 - отпар­ные колонны, 4 - атмос­ферная печь, I - нефть с ЭЛОУ, II - легкий бензин, III - тяжелый бензин, IV - фракция 180 -220οС, V- фракция 220 - 280°С, VI -фракция 280 - 350°С, VII - мазут,

VIII - газ, IX -водяной пар

С верха колонны 2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные ко­лонны 3 выводятся топливные фракции 180-220 (230), 220 (230) - 280 и 280 - 350°С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается пере­гретый водяной пар для отпарки легкокипящих фракций. С низа атмо­сферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуум­ной перегонки.

Нефтепродукты, получаемые на атмосферно-вакуумных установках - бензиновые, лигроиновые, керосиновые, газойлевые и масляные дистил­ляты, - очищают от сернистых и кислородных соединений и после добав­ления присадок, улучшающих их качество, используют как топлива и сма­зочные масла. Бензины прямой перегонки содержат главным образом па­рафиновые и нафтеновые углеводороды и характеризуются низкими окта­новыми числами в пределах 50-70; бензины с более высоким октановым числом получают путем крекинга.

Вторичные методы переработки нефти

Вторичные - химические методы основаны на полном преобразо­вании нефтяного сырья в результате глубоких структурных превращений углеводородов под влиянием повышенных температуры и -давления, а также применения катализаторов; это различные виды крекинга и рефор­минга нефти и нефтепродуктов.

Все методы переработки нефти и нефтепродуктов основаны на высо­котемпературных эндотермических процессах и реакциях, для осуществ­ления которых необходим подвод теплоты извне. Типовыми реакторами для нагревания нефти и нефтепродуктов и для проведения химических превращений служат трубчатые печи различных типов.

Процессы крекинга делят на термические и термокаталитические. При термических процессах расщепление углеводородов (собственно крекинг) происходит под действием высоких температур и давления; наряду с расщеплением происходят вторичные процессы синтеза углеводородов, более стабильных в этих условиях, в том числе непредельных углеводородов.

Большинство реакций термического крекинга протекает по цепному механизму с образованием более легких парафинов и олефинов.

С_nН_2n+2→C_mН_2m+2 +С_mН_2m

СnН_2n+2→СnН_2n+H₂

От разветвленных ароматических углеводородов, образующихся в процессе крекинга, отщепляются боковые цепи с образованием олефинов:

В зависимости от условий проведения, применяемого сырья и целе­вых продуктов различают термический жидкофазный крекинг, высоко­температурный крекинг (пиролиз) и коксование нефтяных остатков.

Термический крекинг ведут в зависимости от вида сырья при темпе­ратуре 450-540°С под давлением 2-7 МПа. Продукты - крекинг-газ, кре­кинг-бензин, керосиногазойлевая фракция (термогазойль) и крекинг-остаток. Крекинг-газ содержит этан, пропан, этилен, пропилен и служит ценным сырьем органического синтеза. Бензины термического крекинга характеризуются сравнительно небольшим октановым числом (около 70) и низкой химической устойчивостью и не могут непосредственно использо­ваться в автомобильных двигателях. Крекинг-остаток служит высококаче­ственным котельным топливом.

Все химико-технологические системы термического крекинга, а также пиролиза и коксования нефтяных остатков включают трубчатые печи, служащие реактором для нагрева сырья и химических превраще­ний.

Пиролиз проводят в широком интервале высоких температур (600-1000°С) в зависимости от вида сырья - углеводородные газы, газовый бен­зин (конденсат), керосин, газойль. Давление, при пиролизе применяют от атмосферного до 0,2-0,3 МПа. Целевые продукты пиролиза - этилен и дру­гие непредельные углеводороды, а также ароматические углеводороды - бензол, толуол, ксилол.

Коксование нефтяных остатков - это термический крекинг мазута, гудрона, крекинг-остатков при 400-500°С с целью получения жидкого то­плива и электродного кокса.

К термокаталитическим процессам относят каталитический крекинг, риформинг, гидрокрекинг и другие каталитические процессы пере­работки нефтепродуктов.

Каталитический крекинг ведут при 450-500°С и 0,05-0,1 МПа. С расщеплением углеводородных цепей на катализаторе идут и реакции деалкилирования, изомеризации, циклизации, гидрогенизации, дегидро­генизации и изомеризации.

В жидких продуктах каталитического крекинга накапливаются изо­мерные соединения и простейшие ароматические углеводороды, повы­шающие октановое число крекинг-бензина. Одновременно образуются твердые продукты уплотнения.

В зависимости от вида сырья и типа катализатора выход бензина со­ставляет до 50 %, газов C₁ - С₄ - 16 - 22 %, кокса - до 8 % и крекинг-остатка - до 20%.

При каталитическом крекинге октановое число крекинг-бензина со­ставляет 78-85. Для получения высококачественных бензинов с высоким октановым числом, а также индивидуальных ароматических углеводоро­дов применяют риформинг. Исходным продуктом риформинга служат низкооктановые бензины термического и каталитического крекинга.

Каталитический риформинг осуществляют в водородсодержащей среде при участии бифункциональных алюмомолибденовых (МоО + Аl₂O₃) или платиновых катализаторов, нанесенных на активные алюмосиликатные или оксидные носители. На катализаторах риформинга происходят одновременно реакции дегидрирования - циклогексанов в ароматические углеводороды, парафинов - в олефины; дегидроциклизации нормальных парафинов в ароматические углеводороды; изомеризации нормальных па­рафинов в изопарафины. Воздействие водорода препятствует коксообразованию, и длительность работы катализаторов возрастает поэтому до не­скольких месяцев.

Различают несколько видов риформинга - в частности, платформинг и гидроформинг. Платформинг производят в фильтрующем слое платино­вого катализатора, нанесенного на фторированный оксид алюминия, при 480-510°С и давлении водорода 2-4 МПа. Гидроформинг ведут в кипящем слое алюмомолибденового катализатора под давлением водороде содер­жащего газа 1,7-1,9 МПа.

К гидрогенизационным каталитическим, процессам нефтепере­работки относятся также гидрокрекинг и гидроочистка нефтяных фракций. Гидрокрекинг - процесс деструктивного гидрирования тяжелых нефтяных фракций с насыщением продуктов расщепления водородом. Продукты гидрокрекинга - бензин, реактивное и дизельное топлива, не со­держащие сернистых и азотистых соединений, а также олефины.