Лекция 1 Кіріспе. Қазақстанның мұнай-газ саласы. Мұнай өңдеу өнеркәсібінің даму болашағы. ҚР және тмд отын энергетикалық балансы

жүктеу 6,39 Mb.

бет	60/93
Дата	13.04.2023
өлшемі	6,39 Mb.
	#42139
түрі	Лекция

1 ... 56 57 58 59 60 61 62 63 ... 93

Лекция 19 Көмірсутектердің каталитикалық түрленуі. Жоғары октанды бензин алу үшін каталитикалық крекинг және риформинг.
Олефиндер

Бақылау сұрақтары

Кокстеу процессн сипатта
Кубтарда кокстеуді келтір
Баяу кокстеу процесін түсіндір
Пиролиз процесін сипатта
Қанықпаған көмірсутектерді өндіру пиролизі сатыларын келтір

Лекция 19
Көмірсутектердің каталитикалық түрленуі. Жоғары октанды бензин алу үшін каталитикалық крекинг және риформинг.

Катализаторлар – бұл өзгермейтін жəне соңғы өнімдердің құрамына кірмейтін, химиялық реакцияларды қозғайтын немесе олардың жүруін тездедетін заттар. Кез келген химиялық реакция оған қатысқан реагенттердің энергетикалық тосқауылдан өтуіне тəуелді болады. Ол үшін олар белгілі бір энергиямен байытылуы керек, бұл байытылған энергия түрі – белсенділік энергиясы деп аталады. Катализаторлар бастапқы реагенттермен белсенді аралық қосылыстар түзу арқылы энергетикалық тосқауылдан өтуге көмектеседі. Аз энергетикалық тосқауылды иемденген мұндай қосылыстардың түзілуі нəтижесінде реакцияның белсенділік энергиясы төмендейді.

Катализатордың қолайлы құрамын таңдау арқылы процестің ең жоғары тиімділігіне қол жеткізе отырып, бүтін жəне жанама реакциялардың жылдамдықтарының қатынасын қадағалайды. Катализаторлардың қатысында реакцияларды жүргізу, олардың жүруі барысындағы температурасын кемітуге мүмкіншілік береді. Алайда, егер термодинамика тұрғысынан қандай да бір реакцияның жүруі мүмкін болмаса, онда оны катализаторлар көмегімен де жүзеге асыруы мүмкін емес екендігін ұмытпау керек.
Мұнай өңдеу өнеркəсібінде цеолиті бар, алюмосиликатты жəне т.б. бірқатар катализаторларды қолданады. Цеолиті бар катализаторларды жетілдіру олардың белсенділігін, тұрақтылығын жəне селективтілігін көтеру қажеттілігімен байланысты. Катализатордың қасиеті түсінігіне белсенділік, тұрақтылық селективтік жəне құрылысының кеуектілігі жатады.
Катализатордың талғамдылығы деп берілген шарттарда жəне берілген шикізаттарды құрауыштар үшін термодинамикалық тұрғыдан мүмкін болатын, оның бір немесе бірнеше бүтін химиялық реакцияларды тездету қабілеттігін айтады.
Катализатордың белсенділігі шикізаттың құрауыштарын соңғы өнімге айналдыру жəне белгілі дəрежеде процестің өндірістік қабілеттілігін сипаттайды.
Катализаторлардың талғамдылығы бұл – катализатордың берілген жағдай мен шикізатқа тəуелді жəне термодинамикалық мүмкіншілікте жүретін химиялық реакцияның жылдамдығын арттырады. Катализатордың белсенділігі оның өнімділігінде, егер катализатор өте белсенді болса, катализ пороцесіне оның аздаған мөлшерін қолдануға болады.
Катализатордың белсенділігі оның беттік əрекетіне байланысты. Өндірістік катализаторлардың негізгі компоненті – промоторлар (немесе активаторлар). Олар катализаторға белсенділігін, селективтілігін жəне тұрақтылығын арттыру мақсатында аз мөлшерде (пайыз немесе пайыз үлесі) қосылады. Жиірек катализатордың белсенділігі- нің кемуіне оның құрылысының бұзылуы немесе немесе белсенді орталықтардың дезбелсенділігі себеп болып табылады, бұл оларға немесе уақ тесіктеріне кокстектес заттардың бөлінуі нəтижесінде, яки шикізаттың құрамында болатын жəне каталитикалық улар деп аталатын кейбір қоспалардың əсері салдарынан болады.
Каталитикалық улардың əсері олардың белсенділік орталықтармен немесе катализатордың уақ түйіршіктерінің бетімен химиялық əсерлесуімен түсіндіріледі. Əртүрлі каталитикалық жүйелер үшін өзінің жеке каталитикалық улары сейкес келеді. Риформинг катализаторлары металды платинамен химиялық өзара əсерлесетін күкіртті қосылыстарға сезімтал болады. Одан басқа, олар азоты бар қосылыстардың жəне кейбір металдардың (натрий, мышьяк жəне т.б.) қатысында өзінің қасиетін тез жоғалтады.
Катализаторлардың регенерациялануы. Катализаторлардың белсенділігін қайта қалпына келтіру əдісі регенерация деп аталады. Регенерация əдістері алуан түрлі болып келеді. Кокс жəне кокстектес заттар бөлшектердің бетінен жəне катализатордың уақ түйіршіктерінен ток ауасында күйдіріледі. Бұл процесс реакторда да жəне арнайы қондырғы-регенераторда да жүруі мүмкін. Алайда бұл əдісті МӨЗ қолданбайды.
Қатты катализаторлар үлкен бетке ие болуы керек. Фазалар қатынасының ауданы көп болған сайын химиялық реакциялардың жүру ықтималдығы жоғары келеді. Осыған байланысты барлық катализаторлар жоғары уақ түйіршікті заттар болып табылады. Əдетте, катализатордың жалпы беті (ішкі жəне сыртқы қосындысы) оның массасының бірлігіне жатады жəне салыстырмалы бет деп аталады. Уақ түйіршікті заттың түріне жəне уақ түйіршікті құрылыстың дамуына байланысты оның салыстырмалы беті 10-нан 1500м²/г дейін өзгеруі мүмкін.
АҚШ пен Еуропада катализді барлық химиялық технологияларда қолданады. Өндірістік химиялық айналулардың көп бөлігі каталитикалық жолмен өтетін болғандықтан, катализ өндірістік процестерде қолданылатын маңызды əдістердің бірі болып табылады. Сондықтан техникалық процестің жоғары деңгейде дамуы жаңа катализаторларды ойлап табуымен тығыз байланысты.
Катализаторлардың катализ процесі кезінде шығынданбауы мен реакция соңында химиялық құрамының өзгермей қалуы катализатордың негізгі ерекшелігіне жатады. Катализатор бастапқы заттармен тек реакция басында ғана белсенді түрде əрекеттеседі. Қалған сатыларда ол толығымен регенерацияға ұшырап, қайтадан əрекеттесе алады.
Белсенділік энергиясының төмендеуі барысында тосқауыл жойылып, процесс жылдам өтеді. Қарапайым мысал ретінде А жəне В реагенттерінің əрекеттесуіне катализатордың (К) əсері төмендегідей реакциямен көрсетіледі:
А + В + К АК + В АВ + К

Егер катализатор реакция жылдамдығын арттырса – оң, ал төмендетсе (төмендету немесе ингибитр қолдану) – теріс деп атайды. Қазіргі кезде «катализ» деп оң катализді атау қабылданған.
Физикалық қасиетіне қарай катализаторлар гомогенді жəне гетерогенді болып бөлінеді. Гетерогенді катализаторлар – бұл қатты заттар, гомогенді катализаторлар – газ жəне сұйық ортада дисперцияланған əрекеттесуші заттар. Барлық заттар бір фазада болса, агрегаттық күйіне қарай мұндай катализді гомогенді деп атайды. Қарапайым мысал:

_2SO2(г)+ O_2(г)= 2SO_3(г)катализатор NO_2(г)

Егер заттар əртүрлі фазада болса, онда гетерогенді катализ орын алады:

2H₂O_2(с)= 2H₂O _(с)+ O_{2 (г)}катализатор Pt _(қ)

Гетерогенді катализ кезінде көбінесе катализатор – қатты, ал реакцияға қатысқан заттар газ жəне сұйық күйінде болады.
Гетерогенді катализаторлардың ерекшелігі – бетіндегі үлкен ауданы болып табылады. Оларда көптеген қуыстар бар. Бұл қуыстардың жалпы ауданы кейде бір грамм катализаторға 500м²-қа дейін жетеді. Көп жағдайларда беттік ауданы үлкен оксидтер тасымалдауыш ретінде қолданылады. Бұл беттік аудандарда үлкен емес кластар күйінде металл катализаторларының түйіршіктері тұнады.
Катализаторлардың бетін ұлғайту үшін көбінесе катализаторларды қуыс бетті тасымалдауышқа жағады. Тасымалдауыш беріктік береді жəне оның жұмсалуын төмендетеді. Тасымалдауыштар ретінде – көмір, пемза, алюминий оксиді, силикогель жəне жасанды цеолиттер пайдаланылады.
Мұнай өңдеуде қолданылатын термокаталитикалық процестердің негізгі түріне каталитикалық крекингті жатқызады.
Каталитикалық крекинг екіншілік процестердің арасында ерекше орынға ие. Бұл процестің жалпы үрдісі мен дамуы, өңдеуге ауыр мұнай дистилляттарының жəне қалдықтарының енгізілуі арқылы процестің шикізаты қорының кеңейтілуімен түсіндріледі.
Каталитикалық крекинг процесінің ең басты мақсаты – жоғары октанды жанармайдың көп мөлшерін алу болып табылады. Сонымен қатар, соңғы бірнеше жылда негізгі мақсаты мұнай өңдеуге жəне мұнай химиясы (каталитикалық пиролиз) үшін құнды шикізат – олефинмен байытылған газды алу болып табылатын каталитикалық крекингтің басқа бағыты қарқынды дамып келеді.
Термокаталитикалық процестерде термиялық процестердегі тəрізді энергия жылу ретінде жеткізіледі. Алайда, егер екі процестерде де көмірсутектердің термиялық тұрақтылығын қарама-қарсы қоятын болса, термокаталитикалық процестерде олефиндер парафиндерге қа- рағанда тез шығындалады, ал ароматты қосылыстардың термиялық тұрақтылығы бірдей болады. Бұндай реттілік термокаталитикалық процестердің катализаторларының бетіндегі олардың таңдамалы адсорбциясына байланысты болады, ал термиялық деструкция процестеріндегі молекулалардың ыдырауы көмірсутек молекуласындағы байланыстың беріктігімен сипатталады.
Көмірсутектердің катализатор бетінде адсорбциялану қабілеті катализатордың табиғатына байланысты болады. Қанықпаған жəне ароматты көмірсутектер қышқылдық қасиеті бар катализаторлардың бетінде жеңілірек адсорбцияланады, себебі олар электронды донорлардың немесе акцепторлардың əсерінен жеңіл ығысатын электронды α-бұлтына ие болады жəне полярсыз заттарға қарағанда молекулалардың адсорбциясы мен олардың катализатормен байланысының беріктігін қамтамасыз етеді.
Құрылысында қос байланысы бар алкендер парафиндерге қарағанда, катализатормен жеңіл əсерлесуге түседі. Бұл салдардан қанықпаған көмірсутектердің алғашқы болып қолданылатындығы айқындалады. Ароматты көмрсутектердің электронды α-бұлты молекула бойы тепе-тең таралған. Ароматты қосылыстыр полярсыз немесе əлсіз полярлы заттар болып табылады, сақинада орынбасушылардың болуы тығыздықтың ығысуын тудырады жəне молекуланың полярлылығын арттырады. Сондықтан бүйір тізбектер саны немесе бүйір тізбектегі көміртек атомының саны көп ароматты көмірсутектер бензолға қарағанда, катализатордың бетіне жеңіл адсорбцияланады.
Сонымен тұрақтылығы бойынша термокаталитикалық процестерде көмірсутектердің негізгі топтарын келесі қатар бойынша орналастыруға болады:

Олефиндер<бүйір тізбектер саны көп болатын ароматты көмірсутектер<нафтендер <парафиндер< бүйір тізбектері жоқ болатын ароматты көмірсутектер.

Термиялық крекинг пен каталитикалық крекинг процестері мұнай өңдеудің екінші реттік процестеріне жатады, мұнда мұнайдың өзі өңделмейді, мұнайды алғашқы өңдеуден кейін алынған фракциялар өңделеді.
Мұнай өңдеудің екінші катализдік процесіне басқа да катализдік процестер – мұнай өнімдерінің риформингі жатады.
Риформинг – бензинді ароматтау процесі, бұл процесте платина катализаторлары қатыстырыла отырып, бензинді қыздырады. Қыз- дыру барысында циклопарафиндер аромат көмірсутектеріне айналады, нəтижесінде бензиннің октан саны өседі. Ароматтау процесі мұнайдағы бензин жəне аромат көмірсутектерін алу үшін де қолданылады.
Əртүрлі мұнайлардың бензин фракцияларының фракциялық жəне топтық химиялық құрамы жағынан айырмашылығы бар. Көбінесе олардың құрамында 60-70% парафин-нафтенді, 10% ароматты жəне 20-30% алты жəне бесмүшелі нафтен көмірсутектері болады. Парафин көмірсутектерінің арасында қалыпты құрылымды көмірсутегі жəне бірметил алмасқандары көбірек. Нафтендер негізінен гексансақиналы жəне пентансақиналы алкил-гомологтардан, ароматтық-алкилбензол дардан тұрады. Мұндай құрам бензиннің октан санын əдетте 50-ден жоғары көтере алмайды.
Каталитикалық реформингтің негізгі мақсаты – бензиннің октан санын көтеру, таза ароматты көмірсутектерін (бензолды, толуолды жəне ксилолдарды) алу, сонымен қабат гидрлеу процестеріне арзан сутекті газ (СГ) алу. Каталитикалық риформинг мұнай өнімдерінің сапасын көтеру жағынан каталитикалық процестердің ішінде мұнай өңдеуде де жетекші рөл атқарады.
Каталитикалық риформинг процесінің негізгі реакцияларының бірі алты мүшелі циклоалкандардың дегидрлену реакциясы болып саналады. Өндіріс жағдайларында риформингтегенде осы реакция нəтижесінде көп ароматты көмірсутектер шығады.

жүктеу 6,39 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 56 57 58 59 60 61 62 63 ... 93