Лабораторные работы по общей химической технологии (стр. 20 )

E. низкооктановой фракции

5. Плотность битумов определяется по формуле:

A. с4t = (0.99823 – 0.0012) с1 + 0.0012        B. с420  = с4t  - А (20-t)

C. с420 = m1 – m/М – (m3 – m1) ∙ 0,9970 + 0,0012                D. с420  = m/V

E.

Контрольные вопросы

Температуры воспламенения метана, ацетилена и сероводорода на воздухе соответственно равны: 700, 400, 3000С. Чем объясняется разница в температурах воспламенения? Теоретическая температура сгорания ацетилена, метана и пропана соттветственно равна: 2325, 1875, 1925 0С. Чем можно объяснить разницу в температурах сгорания? Что такое температура вспышки нефтепродукта? Как она определяется? Какими методами можно определить плотность нефтепродукта? Какой из методов более точен? Почему? Какие величины характеристику и качество различных нефтепродуктов? Как изменяется температура воспламенения нефтепродукта с увеличением его молекулярной массы? Как изменяется плотность нефтепродукта с увеличением температуры?

Литература

Химия нефти и газа. М.: Техника, 2004. 288с. Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Высшая школа, 1962. 328с. , Практикум по химической технологии, М.: Просвещение, 1984 г. Стр. 126-128.

Работа 14.  КРЕКИНГ НЕФТЕПРОДУКТОВ

1. Цель работы

1. Осуществление каталитического крекинга керосина. 

2. Определение выхода бензина, тяжелых фракций и газообразных продуктов

2. Теоретическая часть

       Важнейшим достижением в технологии переработки нефти явилось применение катализаторов в крекинг-процессах. Каталитическое превращение нефтепродуктов позволяет получить с высоким выходом более высококачественный бензин с октановым числом 77-82, легкие углеводороды С3-С4 для органического синтеза и керосиногазойлевые фракции. Бензин каталитического крекинга характеризуется высокой стабильностью вследствие отсутствия диеновых соединений и серы и обладает более высокой антидетонационной стойкостью, что объясняется также высоким содержанием изоалканов и ароматических углеводородов.

Каталитический крекинг проводится обычно в паровой фазе при 450 – 5200С, давлении 1-2 ат и продолжительности контакта в несколько секунд. В этих условиях каталитические реакции проходят гораздо быстрее реакций термического крекинга и являются более сложными. Наиболее важными, кроме реакций разложения, являются реакции изомеризации и перераспределения водорода, которые определяют высокое качество крекинг-продуктов, а также процессы уплотнения, ведущие к образованию кокса и его отложению на катализаторе. Скорость этих реакций для отдельных классов углеводородов различна. Наибольшей реакционной способностью обладают олефиновые и нафтеновые углеводороды.

На выход и качество продуктов крекинга влияют следующие факторы: вид сырья, состав и активность катализатора, температура и давление пресса, а также объемная скорость подачи  сырья в реактор и продолжительность непрерывного крекинга без регенерации катализатора. При осуществлении каталитического крекинга применяют различные по составу и способу приготовления катализаторы. От качества применяемого катализатора, так же как и от технологического режима процесса крекинга, зависит направление химического превращения топлива. Например, при применении катализатора, состоящего в основном из окиси алюминия и окиси кремния, происходит расщепление и полимеризация нафтеновых углеводородов. При использовании катализатора, состоящего в основном из окиси хрома, характерным является процесс ароматизации перерабатываемого материала и т. п. Микропористые катализаторы дают большие выходы газа, поэтому более целесообразно применять крупнопористые катализаторы.

Есетественные алюмосиликатные катализаторы получают из алюмосиликата монтмориллонита с последующим активированием кислотой и иногда с добавками никеля, меди, марганца и других металлов. Чаще алюмосиликатные катализаторы получают синтетическим путем в результате совместного осаждения гидратов окиси алюминия и окиси кремния из растворов соответсвующих солей с последующей гидратацией. Химизм превращения парафиновых углеводородов можно представить в виде основных реакций распада тяжелых парафинов и вторичных реакций изомеризации, циклизации, алкилирования и т. п.

Первичные реакции каталитического крекинга:

1. Реакции разложения (деструкции) парафиновых углеводородов с образованием предельных и непредельных углеводородов, которые в свою очередь могут расщепляться на более простые молекулы (реакции собственно крекинга):

Cm+nH2(m+n)+2 → CmH2m + CnH2n+2

2. Реакции дегидрирования:

CnH2n+2 ↔ CnH2n + H2

3. Реакции изомеризации парафиновых углеводородов:

4. Деалкилирование и дегидрирование нафтеновых углеводородов:

5. Деалкилирование ароматических углеводородов:

6. Перераспределение или диспропорционирование водорода. В результате этих реакций происходит закоксовывание катализатора, а жидкие продукты крекинга почти не содержат олефинов.

       Особенно характерна для каталитического крекинга высокая реакционная способность олефинов и малая парафионов.

       Вторичные реакции каталитического крекинга:

1. Полимеризация олефинов:

2. Деструктивная конденсация:

3C3H6 →C6H10 + CH4 + C2H4

3. Алкилирование ароматических углеводородов алкенами:

C6H6 + CnH2n → C6H5 – CnH2n+1

4. реакции циклизации – взаимодействие олефинов с диенами:

5. Образование кокса на катализаторе за счет адсорбции на катализаторе и крекинга конденсированных карбоциклических углеводородов.

Например, для додекана основные реакции распада

С12Н26 → С6Н14 + С6Н12

С12Н26 → С5Н12 + С4Н8 + С3Н6

Вторичными реакциями, например, будут

Наибольшее значение в процессе крекинга имеет температура, определяющая степень и скорость каталитического разложения углеводородов. Обычно средняя температура крекинг-процесса 450-4750С. Повышение ее углубляет процесс разложения углеводородов. Так как процесс крекинга протекает в адсорбционном слое на поверхности катализатора, а не в объеме, то влияние давления незначительно. Рост давления увеличивает глубину разложения и способствует полимеризации и перераспределению водорода.

       Объемная скорость подачи сырья при каталитическом крекинге изменяется в пределах от 0,1 до 10 дц3/ч. м3 катализатора. Чем меньше объемная скорость, тем больше глубина крекинга. Чем больше продолжительность крекинга, тем при прочих равных условиях может быть достигнута за один проход большая глубина превращения.

       Вследствие отложения кокса активность катализатора со временем падает и его необходимо регенерировать. Регенерация катализатора производится продуванием через него воздуха при 5500-6000 С; при этом кокс сгорает. Продолжительность непрерывного крекинга между регенерациями катализатора составляет от 10 до 30 мин. Продукты крекинга: газ, бензин, керосино-газойлевая фракция, крекинг-остаток и кокс. Выход газа в среднем 4-7%, бензина 40-45%. Примерный химический состав бензина: нафтеновых углеводородов 20-25%, непредельных 5-6%, парафиновых 45-50%, ароматических 20-25%. Газойль каталитического крекинга представляет собой продукт парафинистого характера и применяется в качестве дизельного топлива или подвергается термическому крекингу. Количество кокса, отлагающегося на катализаторе колеблется от 1 до 5%. 

3. Эспериментальная часть

Химические реактивы, посуда, приборы

Установка каталитического крекинга (рис. 7.1) Керосин Поглотительное масло Природная глина Концентрированная серная кислота Щелочной раствор перманганата калия Безводный хлорид кальция Соляная кислота (1:1) Этанол Раствор тиосульфата натрия (0,1 моль/л) Водный (свежеприготовленный) раствор крахмала (0,5%) Спиртовый раствор йода Раствор гидроксида натрия (0,5 моль/л) Индикаторы: фенолфталеин, метиловый оранжевый Раствор иодида калия (10%) Делительная воронка на 100 мл Мерные цилиндры на 25 и 50 мл (3 шт) Воронка Бюхнера Капельницы (2 шт) Конические колбы с пробкой на 250 мл (3 шт) Бюретки на 50 мл (2 шт) Пипетка на 5 мл Цилиндр на 25 мл Химическая воронка

Порядок проведения работы

Крекинг проводится в приборе, изображенном на рисунке 14.1. Главным аппаратом установки каталитического крекинга является реактор 1 (электропечь с внутренней кварцевой трубкой) диаметром 3.10-2м, длиной 0,6 м, снабженный термопарой 3 с гальванометром 2. Во время опыта в электропечи поддерживается постоянная температура. Внутрь в среднюю часть реактора 1 загружается катализатор. Катализатор готовится из оксидов алюминия и кремния. Из природных соединений пригодны хорошие сорта глин, не содержащие по возможности примесей. Для очистки глину перемешивают с соляной кислотой, разбавленной в отношении 1:1, и смесь выдерживают в течение нескольких дней. Соляную кислоту и соли отмывают водой декантацией, а затем на воронке Бюхнера. Промытую глину просушивают на воздухе, а потом в сушильном шкафу при 150-200єС, смешивают с асбестом и загружают в реактор. В качестве катализатора можно также применить обожженную глину в виде кусочков размером 3-4 мм или битый кирпич.

Подачу керосина ведут из капельной воронки 4 через кран 5. Жидкие продукты охлаждаются в холодильнике 6 и собираются в колбе 7, помещенной в охладительной смеси. Газообразные продукты проходят поглотительную склянку с маслом 8 (абсорбер легкого бензина) и собираются в газометре 9, снабженном манометром 10 для измерения вакуума в системе.