Технологія виготовлення автомобільного бензину А-95 з використанням базового бензину каталітичного крекінгу

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний  Авіаційний Університет

Кафедра хіммотології 

Домашня робота 

З дисципліни «Паливно-мастильні матеріали»

на  тему:

Технологія  виготовлення автомобільного бензину  А-95 з використанням базового бензину  каталітичного крекінгу 

Виконав: студент 307 групи

факультету літальних  апаратів

Півтора І. В. 

Керівник: канд. хім. наук, доц.

Новікова  В.Ф. 
 
 
 
 
 

Київ 2009

З м і с т

1. Технологія виготовлення;

2. Класифікація, призначення, характеристика і маркування рідкого палива;

3. Каталітичні  процеси переробки нафти;

4. Висновки;

5. Література. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Технологія виготовлення

Рідке паливо одержують, головним чином, у результаті переробки  нафти.Бензин являє собою суміш  легких ароматичних, нафтенових і парафінових вуглеводнів.                   З комплексу глобальних проблем сучасності найпріоритетнішою є екологічна. Найбільша увага приділяється проблемі забруднення атмосфери шкідливими речовинами, що утворюються при застосуванні нафтопродуктів, зокрема автомобільних бензинів.В останні роки переглядаються та жорсткішають стандарти, що обмежують викиди до атмосфери шкідливих сполук під час експлуатації транспортних засобів та регламентують показники якості моторних палив. Проблема забезпечення транспорту екологічно чистим паливом визнана, зокрема в США та країнах ЄС, проблемою національної безпеки, яка вимагає запровадження невідкладних надзвичайних заходів. Посилення екологічних вимог до транспортних засобів та моторних палив необхідно й в Україні. Тому нагальною проблемою сучасності є розробка та освоєння новітніх технологій виробництва автомобільних бензинів, які б відповідали самим жорстким екологічним вимогам.    Експериментальні дослідження виконували на лабораторній установці проточного типу зі стаціонарним шаром каталізатору, що містить метал VIII групи Періодичної системи Д. І. Менделєєва.       Рідке паливо одержують, головним чином, у результаті переробки нафти — єдиного рідкого пального, яке одержують з копалин. Нафта утворюється із залишків рослинних і тваринних мікроорганізмів на дні давніх морів і являє собою маслянисту рідину жовтого чи темно-коричневого, а іноді і чорного кольору, у залежності від її складу. Продуктами переробки нафти є високоефективні палива, мастильні і спеціальні олії, бітуми, парафін, сажа й ін. З продуктів нафтопереробки виробляють пластмаси, синтетичні волокна, каучук, барвники, миючі засоби, отруйні хімікати.           Нафта — це суміш великого числа вуглеводнів різної молекулярної маси і хімічної побудови з домішкою сірчистих, азотних і смолистих речовин. У ній міститься вуглецю 82,8 — 87,2%, водню 11,7 — 14,1%, сірки 0,3 — 3,1% і більше, кисню 0,3 — 2,1%, азоту 0,1 — 1,1%, а також у дуже малих кількостях є ванадій, нікель, залізо, хром, германій та ін. В'язкість нафти досягає 80— 100 мм2/с, а щільність 0,73 — 0,95 г/см3. Нафта майже не містить золи; теплота її загорання близько 10 000 ккал/кг, чи 41 900 кДж/кг. Нафта як паливо безпосередньо майже не використовується, а переробляється в товарні нафтопродукти. Перед переробкою нафту направляють у газовідокремлювачі і виділяють попутний нафтовий газ, а потім очищують від інших домішок: відокремлюють розчинені гази, воду, мінеральні солі, а також механічні домішки — пісок і глину.  

Нафта класифікується за наступними ознаками:

1. За складом  сірки: 

- клас 1 - малосірчиста (сірки не більше 0,5 %);

- клас 2 — сірчиста (сірки 0,5-2,0 %);

- клас 3 - високосірчиста (сірки більше 2,0 %).

2. За родовищем  (морська, материкова).

3. Залежно від  потенційного сумарного складу палива:

- тип Т1 - вихід паливних фракцій не менше 45 %;

- тип Т2 - вихід  паливних фракцій 30 . 44,9 %; тип Т3  — вихід паливних фракцій менше  30 %.

4. Залежно від  потенційного сумарного складу  масел: 

- група М) - вихід  масляних дистилятів з нафти  не менше 25 %;

- група М2 - вихід  масляних дистилятів з нафти  15 .25 %;

- група М3 - вихід  масляних дистилятів з нафти  менше 15 %.

5. Залежно від  якості масел: 

- підгрупа И1 - індекс в'язкості більше 85;

- підгрупа И2 - індекс в'язкості 40 .85.

6. Залежно від складу парафіну і можливості отримувати паливо для реактивних двигунів, дизельних палив і дистилятних базових масел:

- вид П1 —  склад парафіну не більше 1,5 %;

- вид П2 - склад  парафіну 1,51 .6,0 %;

- вид П3 - склад  парафіну більше 6,0 %.

Основними способами одержання нафтопродуктів є пряма перегонка і крекінг. У процесі прямої перегонки нафта розділяється на окремі легкі фракції в залежності від температури кипіння і конденсації. Різні вуглеводні конденсуються при різних температурах: соляровий дистилят — приблизно при 350—300°С, газойлевий — при 300—250 °С, лігроїн — при 250—200°С, бензин — нижче 200 °С. Сконденсовані фракції (дистиляти) охолоджуються в теплообмінниках і водяних холодильниках та перетворюються в рідину. Для перегонки мазуту (80% маси) його піддають повторному нагріванню в вакуумі до 350 С і переводять у пароподібний стан. З продуктів перегонки одержують різноманітні мінеральні олії. Залишок перегонки — гудрон, що представляє собою малорухому масу, використовують для виробництва покрівельних та ізоляційних матеріалів і в будівництві доріг.    Відносно невисокий відсоток виходу світлих нафтопродуктів, особливо бензину, при прямій перегонці нафти обумовив необхідність застосування крекінг-процесу, заснованого на розщепленні довгих молекул важких вуглеводнів на більш короткі молекули, які можуть кипіти при низькій температурі. Розрізняють термічний (високотемпературний) і каталітичний крекінг. При термічному крекінгу (температура його 450—550°С і тиск 3 — 6 МПа) переробляють гас, соляровий дистилят, мазути і гудрон. Однак бензини термічного крекінгу, що представляють собою суміш вуглеводнів, фізично і хімічно недостатньо стійкі, тому використовуються як компоненти автомобільних бензинів. Для одержання бензинів більш високої якості застосовують каталітичний крекінг, при якому бензин виробляється в присутності каталізатора — речовини, що прискорює і поліпшує процеси розщеплення важких вуглеводнів. Температура каталітичного крекінгу 450—500°С, тиск 0,2—0,3 МПа. Як каталізатори застосовуються синтетичні алюмосилікати і деякі глини. Різновидом каталітичного крекінгу є риформінг, призначений для одержання ароматичних вуглеводнів, що є основою високоякісних бензинів. При каталітичному крекінгу як вихідну сировину використовують гасові і солярові фракції прямої перегонки і дистиляти нафтопродуктів вторинного походження.

2. Класифікація, призначення,  характеристика і маркування рідкого палива

     Нафтове паливо за призначенням підрозділяється  на дві основні групи: моторне, або  світле, що застосовується для спалювання в двигунах, і котельно-пічне (котельне, газотурбінне і побутове), яке використовується для топок парових котлів, промислових і побутових пічних установок.

Моторне паливо, залежно від виду двигуна, у свою чергу поділяється на карбюраторне і дизельне, що використовується в двигунах внутрішнього згорання, і паливо для повітряно-реактивних двигунів та ін.   Бензин є одним з основних видів карбюраторного палива. Він являє собою суміш легких ароматичних, нафтенових і парафінових вуглеводнів. До складу бензину входять вуглець (85%) і водень (близько 15%), а також кисень, азот та сірка. Бензин — безбарвна чи трохи жовтувата рідина з характерним запахом, щільністю 0,7 — 0,8 г/см3. Температура його спалаху нижче — 40 °С, застигання — нижче — 60 °С. Бензин застосовується також як розчинник жирів, смол і інших матеріалів. Основну частину бензину одержують прямою перегонкою і каталітичним крекінгом. Властивості автомобільних бензинів характеризуються теплотою згорання, детонаційною стійкістю, фракційним складом, хімічною стабільністю, вмістом сірки й інших шкідливих домішок.          Здатність палива протистояти детонаційному згоранню називається детонаційною стійкістю і характеризується октановим числом. Чим вище октанове число, тим більше може бути стиснута в циліндрі пальна суміш.  Октановим числом називається умовна одиниця, чисельно рівна відсотку (за об'ємом) озооктану в суміші, що складається з ізооктану і нормального гептану та рівноцінна за своїми антидетонаційними властивостями даному паливу. Октанове число ізооктану приймається за 100, а нормального гептану за 0. Так, якщо бензин детонує при роботі суміші, яка складається із 80% ізооктану і 20 % нормального гептану, то октанове число такого бензину дорівнює 80.        Маркування: промисловість випускає автомобільні бензини марок А-80, АИ-92, АИ-95, АИ-98. У марці бензину буква «А» показує, що він автомобільний, а цифра — мінімальне октанове число. У бензинах А-80 октанове число (80) установлено моторним методом, а в бензинах АИ-92, АИ-95 і АИ-98 друга буква «И» показує, що октанове число (92, 95 і 98) установлено дослідницьким методом. Для підвищення детонаційної стійкості в бензини вводять антидетонатори (тетраетилсвинцеві рідини — ТЕС), які дуже отруйні, хімічно активні. Такі бензини називаються етилованими. Вони забарвлюються. Бензин А-80 забарвлються в жовтий колір, АИ-92, АИ-95 — в оранжево-червоний і АИ-98 — в синій. Усі бензини, крім АИ-98, поділяються на літні, призначені для використання в період з 1 квітня по 1 жовтня, а в південних районах — протягом усього року, і зимові, які використовуються в період з 1 жовтня по 1 квітня, а в північних і північно-східних районах — протягом усього року.      Фракційний склад є важливим показником якості бензину та його випаровуваності, тобто здатності переходити з рідкого в газоподібний стан. Від випаровуваності палива залежать утворення пальної суміші, тривалість прогріву і легкість пуску двигуна.

     Промисловістю випускаються сезонні (літні і зимові) автомобільні бензини. Для бензину зимового виду температура википання 10% палива має бути не більше 55°С, а літнього виду — не більше 70°С. Хімічна стабільність характеризується стійкістю бензину до окислювання, смоло- і нагароутворення та інших хімічних змін у двигуні, залежить від фракційного складу і вмісту смол та смоло-утворюючих речовин. Вміст смол установлюється спеціальними стандартами і для різних марок бензину не повинен перевищувати 7—15 мг/100 мл. Хімічна стабільність виражається тривалістю індукційного періоду — часу штучного окислювання бензину в спеціальній лабораторній установці і визначається в атмосфері чистого кисню при тиску 0,7 МПа і температурі 100°С. Для підвищення хімічної стійкості в паливо додають антиокислювачі (деревносмольний, детонафтал й ін.), що підвищують індукційний період окислювання бензину.

3. Каталітичні процеси переробки нафти

     Каталітичні процеси відрізняються від термічних  тим, що пара нафтової сировини пропускається  над каталізатором, що прискорює  і направляє хід реакцій убік утворення найбільш необхідних продуктів при більш м'яких умовах. При каталітичному крекінгу, у якому всі процеси перетворення вуглеводнів нафти протікають в умовах гетерогенного каталізу, отримують продукти, різко відмінні за складом від продуктів термічного крекінгу і піролізу.         Каталізатори, застосовувані в нафтопереробці, підрозділяють на метали (Ni, Pt, Pd), напівпровідники (Zn, Cr2O3, WS2, МоО2), ізолятор-алюмосилікатні каталізатори( Al2O3). Як каталізатори для крекінгу застосовують або алюмосилікати (природні глини), оброблені і збагачені присадками оксидів різних металів (Ni, С, Сu, Мn і ін.), або спеціальні синтетичні маси на алюмосилікатній основі, так звані цеоліти і цеолітові системи. Сьогодні використовується близько 150 видів цеолітів, що дозволило залучити до переробки нові види сировини.     Головною задачею каталітичного крекінгу, є розщеплення високомолекулярних вуглеводнів. При температурах 200-300°С переважають реакції деполімеризації, а при 300°С і вище починається власне каталітичний крекінг.             

     При каталітичному крекінгу легше всього крекінгуються олефіни, потім алкіловані арени і нафтени, а алкани найбільш стійкі, у той час як при термічному крекінгу цей ряд  складають алкани, нафтени й арени.   Головні перетворення вуглеводнів при каталітичному крекінгу зводяться до наступного:

     1. Алкани. Як і при термічному  крекінгу, при каталітичному крекінгу  відбувається розщеплення їхніх  молекул на алкани меншої молекулярної  маси й олефіни, однак швидкість  крекінгу алканів у цьому випадку в 40-60 разів більше при тій самій температурі, рідкі продукти їхнього каталітичного крекінгу мають переважно ізобудову, газоподібні продукти складаються з вуглеводнів C3 і С4 (пропілен, пропан, ізобутилен, ізобутан). Ізоалкани крекінгуються з більшою швидкістю, ніж нормальні алкани.

     2. При каталітичному крекінгу олефінів  головним є розкладання, що  супроводжується процесами перерозподілу  водню. У продуктах їхнього  крекінгу виявлена велика кількість  ізоалканів і аренів, а також коксу (від 0 до 14 %). Швидкість крекінгу в 1000-8000 разів більша, ніж при термічному крекінгу.

     3. Нафтени в умовах каталітичного  крекінгу дегідрують в арени,  ізомеризуються чи розпадаються  з розривом кільця по С-С  - зв'язку. Каталітичний крекінг їх  протікає в 1000 разів швидше, ніж термічний.

     4. Голоядерні арени (бензол, нафталін) а умовах каталітичного крекінгу  практично не змінюються, крекінг  толуолу незначний. Вищі алкіли-бензоли  крекінгуються легко і більш  швидко, ніж при термічному крекінгу. Розщеплюється не b-, а a-зв'язок С-С бічного ланцюга, крім того відбувається ізомеризація за рахунок переміщення бічних ланцюгів по кільцю. Багатоядерні арени дають великий вихід коксу через високу схильність до конденсації.

     У присутності алюмосилікатів розщеплення вуглеводнів починається при 300-350 °С, а найбільш інтенсивно протікає при 450-480 °С (не вище 510°С). Каталітичний крекінг проводиться при атмосферному чи невеликому (0,2-0,3 МПа) тиску.           Продуктами каталітичного крекінгу є бензин, газойль, газ і кокс. Найкращий крекінг-бензину А-95 виходить при переробці нафтенової сировини. При переробці алканів вони мають найбільш низьку якість, а із сировини, що містить багато аренів, одержання продуктів ускладнене інтенсивним коксоутворенням. У середньому за один цикл при каталітичному крекінгу газойля прямого перегону одержують (% мас.) крекінг-бензину - 40-45, крекінг-газойлю - 40-45, газу - 10-25 і коксу - 5. При однаковій вихідній сировині бензину А-95 каталітичного крекінгу відрізняється значно меншим вмістом ненасичених і великим вмістом нафтенів і аренів. Він характеризується досить високою хімічною стійкістю і високим октановим числом (78-82).

     4. Висновки:

     Рідке паливо одержують, головним чином, у  результаті переробки нафти —  єдиного рідкого пального, яке одержують з копалин. Нафта — це суміш великого числа вуглеводнів різної молекулярної маси і хімічної побудови з домішкою сірчистих, азотних і смолистих речовин. Нафта як паливо безпосередньо майже не використовується, а переробляється в товарні нафтопродукти.

     Нафта класифікується за складом сірки, за родовищем, залежно від потенційного сумарного складу палива, залежно  від потенційного сумарного складу масел, залежно від якості масел  і в залежності від складу парафіну і можливості отримувати паливо для реактивних двигунів, дизельних палив і дистилятних базових масел.