Каталитический крекинг (Нефть)

 

Бимолекулярная реакция присоединения карбениевых

ионов к ненасыщенным соединениям приводит к образованию новой связи С-С. К этому типу реакции относятся реакции полимеризации олефинов и алкилирование парафинов и ароматических углеводородов с участием карбениевых ионов. Полимеризация олефинов включает следующие последовательные стадии:

Алкилировние  ароматических углеводородов протекает  с образованием промежуточных δ - и π - комплексов:

В случае твердого кислотного катализатора механизм процесса можно представить следующим образом. Вначале происходит сорбция алкилирующего агента на кислотном центре поверхности катализатора. В случае твердого кислотного катализатора активный центр - кислотный центр Бренстеда, а адсорбируемый продукт - карбениевый ион:

Если поверхностное равновесие карбениевого иона устанавливается быстро, суммарная скорость реакции лимитируется скоростью взаимодействия бензольного кольца с карбениевым ионом, а не скоростью образования карбениевого иона.

 

Затем,следует  десорбция и в результате образуется алкилароматический углеводород и регенерируется исходный кислотный центр Бренстеда катализатора.

 

 

2.4. Каталитический крекинг в промышленности

Целевым назначением  процесса является получение высокооктанового бензина из дистиллятов нефти, перегоняющихся в пределах 300-500°С. Вместе с бензином получаются дистиллятные фракции- газойли и газ с высоким содержанием бутан - бутиленовой фракции.

 

Каталитический  крекинг проводят при 450-530°С под  давлением, близким к атмосферному (0,06 - 0,14 МПа), в присутствии алюмосиликатных катализаторов. В промышленности процесс осуществляют на установках с

непрерывно  циркулирующим катализатором, который  последовательно проходит через зоны каталитического крекинга сырья, десорбции адсорбированных на катализаторе углеводородов, окислительной регенерации катализатора, а также фракционирования продуктов крекинга. Технологическая схема процесса практически однотипна для всех установок (рис.4).

Установка каталитического  крекинга включает реактор, регенератор, узлы ректификации продуктов крекинга и фракционирования газов, узлы утилизации тепла газов регенерации и улавливания пыли.

Аппаратурное  оформление процесса каталитического  крекинга определяется конструкцией реактора и регенератора. Основными различиями схем каталитического крекинга являются устройства ввода и распределения потоков сырья и катализатора, узлов регулирования потоков, узлов пылеулавливания.

 

Реактор современной  конструкции представляет собой  прямоточный лифт-реактор постоянного  или переменного сечения, заканчивающийся отбойными пластинками, разделительными циклонами, зоной форсированного кипящего слоя. Применяемые реакторы по конструктивному оформлению реакционной зоны могут быть лифтного типа с восходящим или нисходящим газокатализаторным потоком или работающие в режиме форсированного псевдоожиженного слоя.

 

Конструкции регенераторов  различают по способу организации псевдоожиженного слоя, поточности контактирующих фаз, типу секционирования. Регенаратор обычно имеет общий псевдоожиженный слой катализатора, регенерационное пространство секционировано горизонтальными провальными или беспровальными решетками, вертикальными перегородками.

Важным фактором, влияющим на экономические показатели работы установок каталитического крекинга, является расход катализатора, который зависит не только от качества катализатора, но и от типа установки и, особенно, от качества перерабатываемого сырья. На советских установках каталитического крекинга типа 1А- IM он составляет от 1 до 1,8 кг/т сырья, а на современной установке Г-43-107 - менее 1 кг/т сырья.

Расчетное время  пребывания сырья и продуктов  в зоне реакции составляет 4-5с. Концентрация катализатора в потоке в лифтреакторе в среднем составляет               40-60 кг/м³, в концевом кипящем слое - 80-150 кг/м", в десорбере и                         регенераторе - 400-450 кг/м³.

 

Количество  и качество продуктов каталитического  крекинга зависят от характеристики перерабатываемого сырья и катализатора, а также от режима процесса. На установках каталитического крекинга получают жирный газ, нестабильный бензин, легкий и тяжелый каталитический газойль. Иногда предусматривают отбор лигроина.

 

Углеводородный  газ содержит 80-90% фракции С3 -С4 и используется после разделения в процессах алкилирования, полимеризации, для производства этилена, пропилена, бутадиена, изопрена, полиизобутилена, ПАВ и других нефтехимических продуктов.

 

Бензиновая  фракция (н.к. - 195°С) применяется как компонент автомобильного и авиационного бензина. В ее состав входит 20- 30% (масс) аренов, 8-15% (масс) циклоалканов и 45-50% (масс) алканов. Октановое число фракции составляет 78-85.

 

Легкий  газойль (н.к. 175-200°С - к.к.320-350°С) используется как компонент дизельного топлива, как сырье для производства сажи, а также в качестве разбавителя при получении мазутов.

 

Тяжелый газойль - остаточный продукт каталитического крекинга. Используется для приготовления мазутов и в качестве сырья для производства сажи, термического крекинга и коксования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обработка результатов опыта

 

Приготовление катализатора

Р ( ) = 1.82 г/

Приготовить 100 мл 20% раствор  из 93,6% раствора

93,6% - 100 г

20% - Х г

Х = = 21,37 г

V ( ) = = 11,7 мл

V ( ) = 100 мл – 11,7 мл = 88,3 мл

 

Опыт  № 1

Параметры проведения опыта (задано преподавателем):

t = 500ºС

х=1 мл в мин

Измерения:

m (пустой цилиндр) = 42,35 г

m (цилиндр + газойль) = 74,48 г

V (газойль) = 40 мл

M (газойль) = 74,48 г – 42,35 г = 32,13 г

Условия

t (комн) = 22 ºС

Р = 91,8 кПа

 

Обозначим время  начала и окончания опыта

Начало опыта -  14:31

Начало сбора  газа -  14:38

Окончание сбора  газа - 15:17

Окончание опыта -  15:17

Объем газа, ушедшего в газометр

V (газ) = 2000 мл

Объем газа при  нормальных условиях:

= =

Анализ газа

20% KOH 8,0 мл

8,7 мл

8,8  мл

10% KBr 14,0  мл

16,8  мл

19,0 мл

ω = 19 - 8,8 = 10,2

 

Определение удельного веса газа при помощи пикнометра

m (пустой пикнометр) = 65,49 г

m ( пикнометр без воздуха) = 65,40 г

V (газа ушло в пикнометр) = 53 мл

 

Объем газа при  нормальных условиях:

= =

m (пикнометр + газ) = 65,46 г

 

Плотность газа:

*1000 =

Удельный вес  газа по отношению к воздуху:

= 1,044г

m (пустой приемник) = 99,26 г

m (приемник + жидкость) = 125,90 г

m (жидкость) = 125,90 г – 99,25 г = 26,65 г

 

Перегонка

m (колба пустая) = 26,84 г

t (1-ая капля) = 85 ºС

m (колба + бензиновая фракция) = 33,52 г

m (жидкость) = 29,55 г – 24,25 г = 5,3 г

 

Сульфирование

96%

Сернокислотный  слой       5,8     6,3

Углеводородный  слой       2,8     2,9

60%

Сернокислотный  слой      6,9       6,8

Углеводородный  слой      3,0       2,9

3 – 100% х = = 20% (аром + непред)

0,6 – х

 

3 – 100% х = =6,67% (непред)

0,2 – х

ω= 20% - 6,67%=13,3%(аром)

 

Опыт  № 2

Параметры проведения опыта (задано преподавателем):

t = 520ºС

1 мл в мин

Измерения

m (пустой цилиндр) = 42,52 г

m (цилиндр + газойль) = 75,20 г

V (газойль) = 40 мл

M (газойль) = 74,20 г – 42,52 г = 31,68г

Условия

t (комн) = 26 ºС

Р = 93 кПа

 

Обозначим время  начала и окончания опыта

Начало опыта- 14:38

Начало сбора  газа - 14:40

Окончание сбора  газа - 15:18

Окончание опыта - 15:18

 

Объем газа, ушедшего в газометр

V (газ) = 2600 мл

Объем газа при  нормальных условиях:

= =

Анализ газа

20% KOH 3,6 мл

4,25 мл

5,15 мл

10% KBr 10,25 мл

13,5  мл

13,5 мл

ω = 13,5 – 5,15 = 8,35

 

Определение удельного веса газа при помощи пикнометра

m (пустой пикнометр) = 65,48 г

m ( пикнометр без воздуха) = 65,44 г

V (газа ушло в пикнометр) = 53 мл

 Объем газа  при нормальных условиях:

= =

m (пикнометр + газ) = 65,46 г

Плотность газа:

*1000 =

Удельный вес  газа по отношению к воздуху:

= 0,348

 

m (пустой приемник) = 96,46 г

 

Список используемой литературы:

1. «Книга для чтения по  химии» (часть  вторая)  К. Я. Парменов, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.
2. «Катализ в нефтепереработке » (часть первая) Х.А.Суербаев, К.А.Жубанов, К.М.Шалмагамбетов.
3. Методика выполнения каталитического крекинга нефтепродуктов