Теоретические основы химической технологии топлива и углеродных материалов
 Скачать 0.56 Mb.
|
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТОПЛИВА И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВЛекция № 10 КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ Каталитический крекингОсновная цель – получение высокооктановых бензинов, сырья для нефтехимии и производства кокса и технического углерода. Сырьё – нефтяные фракции 200–500, 300–500 °С, вакуумные дистилляты, содержащие по объему 5–10 % фракций, выкипающих до 350 °С, керосино-газойлевые фракции термических процессов и коксования, мазуты нефти с невысоким содержанием металлов. Т = 450–525 °С, Р 0,1–0,3 МПа Результирующий тепловой эффект является эндотермическим и может изменяться от 100 до 400 кДж/кг сырья. Химизм процессаПарафиновые углеводороды гетеролитический разрыв связи молекулы Реакции присоединения к углеводороду электродефицитных кислотных групп катализатора: СnH2n+2 + L(R+)[CnH2n+1]+ + LH(RH) Химизм процессаОлефиновые Нафтеновые углеводороды при взаимодействии с протоном (Н+), кислотами Льюиса (L), карбкатионами (R+) подвергаются разрыву связи С–С или С–Н с образованием соответственно карбониевых или олефиновых ионов. СnH2n + L(R+)[CnH2n-1]+ + LH(RH) карбкатион олефиновый Химизм процессаАроматические углеводороды присоединяют протон к ароматическому ядру. Длинные боковые углеводородные цепи могут образовывать карбкатионы аналогично алифатическим углеводородам. Стабильность карбкатионовСхема реакций каталитического крекинга нефтяных фракцийКинетика процессакинетика превращения индивидуальных углеводородов описывается уравнением 1-го порядка, например на цеолитсодержащем катализаторе: Кэф – эффективная константа скорости реакции, моль/с г; V0 – скорость подачи жидкого сырья, моль/с г; х – степень конверсии сырья, мольные доли. Катализаторы10–25 % цеолита Y, равномерно распределённого в 75–90 % аморфного алюмосиликата (НAlSiO4)x, который может диссоциировать на ион водорода (протон) и ион AlSiO4‾. Применяют их в виде: микросферических частиц со средним размером 60–65 мкм; шариков диаметром частиц 3–4 мм. Удельная поверхность – от 100 до 600 м2/г. Активный компонент – цеолит. Природа кокса при каталитическом крекинге:«каталитический» кокс, образующийся на кислотных катализаторах (циклизация олефинов, конденсация ароматических, Н-перенос); «дегидрогенизационный» кокс образуется в результате реакций дегидрирования на металлах, осевших на поверхности катализатора из сырья; «хемосорбционный» кокс получается в результате необратимой хемосорбции высококипящих полициклических аренов и смолистоасфальтеновых компонентов сырья (коксуемость сырья); «десорбируемый» кокс остается в порах катализатора в результате неполной десорбции в отпарных зонах реакционных аппаратов. Материальный баланс каталитического крекинга
Состав продуктов каталитического крекинга:Углеводородный газ. Доля пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций в нем составляет 80–90 % (мас.). Фракции разделяются на газофракционных установках и используются в процессе алкилирования, полимеризации, для производства дивинила, изопрена, этилена, пропилена, метилэтилкетона и др. Бензиновая фракция (Н.К. – 195 ºС) применяется как компонент авто- и авиационного бензина (октановое число по исследовательскому методу составляет 87–93). Дизельные фракции (195–280 ºС) могут использоваться как компонент дизельного топлива с цетановым числом 40–45; tзас.= -55 ºС. Фракция 280–420 ºС используется как сырье для производства технического углерода. Тяжелый газойль (фракция выше 420 ºС) – как компонент котельного топлива. Технологическое оформлениес неподвижным слоем таблетированного катализатора и реакторами периодического действия; с плотным слоем циркулирующего шарикового катализатора и реактором-регенератором непрерывного действия; с псевдоожиженным слоем циркулирующего микросферического катализатора, реактором и регенератором непрерывного действия (лифт-реакторы). |