Pererabotka

Углехимическое сырье

Природные ископаемые: торф,
бурые и каменные угли, антрацит,
горючие сланцы

Синтетические ископаемые:
каменноугольный, торфяной и
нефтяной кокс, полученные
пирогенетической переработкой
различных видов природного топлива
Лекция 2. Процессы
переработки сырья
разработчик: к.х.н., доц. каф. ТООСиВМС Волгина Т. Н.
Состав органической массы углей
Вид топлива
С, %
О + N, %
Н, %
50
44
6
Торф
55-64
39-35
5-7
Бурый уголь
60-75
34-17
4-8
Каменный
уголь
78-90
19-4
4-6
Антрацит
94-98
3-1
1-3
100
-
-
Дерево
Графит
Важнейшими характеристиками
каменных углей являются:
зольность,
влажность,
сернистость,
выход летучих веществ,
механические свойства,
спекаемость,
коксуемость
Методы переработки каменного угля
Пиролиз (или сухая перегонка) –
процесс нагревания твердого топлива без
доступа воздуха с целью получения из
него твердых, жидких и газообразных
продуктов различного назначения
низкотемпературный пиролиз
(500 – 580 °С) – полукоксование
высокотемпературный пиролиз
(900 – 1200 С) – коксование
Методы переработки каменного угля
Гидрирование (гидрогенизация) твердого
топлива – процесс превращения
органической части топлива в жидкие
продукты, обогащенные водородом и
используемые как жидкое топливо
Гидрирование – деструктивный каталитический
процесс, протекающий при 400 – 560 С под
давлением водорода 20 – 70 МПа. В этих
условиях происходит разрыв
межмолекулярных и межатомных (валентных)
связей в органической массе топлива
Методы переработки каменного угля
Газификация твердого топлива –
процесс превращения органической
части топлива в горючие газы путем
воздействия на него окислителей
В качестве окислителей используются воздух
(воздушное дутье), кислород (кислородное
дутье), водяной пар (паровое дутье), а
также их смеси (паровоздушное и
парокислородное дутье)
Нефтехимическое сырье
1. Углеводородная часть нефти:
низкомолекулярная часть нефти (перегоняющейся
до 350°С) – алканы, моно-, би- и трициклические
нафтены, моно- и бициклические ароматические
углеводороды (вещества с молекулярной массой не
более 250 – 300)
высокомолекулярная часть нефти (перегоняющейся
выше 350 °С) – алканы, моно – и
полициклические нафтены с боковыми цепями,
ароматические углеводороды с боковыми
цепями, конденсированные многоядерные
соединения (вещества с молекулярной массой от
300 до 1000)
2. Неуглеводородная часть – неорганические
соединения серы и азота
3. Минеральные примеси – различные соли
(перешедшие в нефть из пластовых вод),
механические примеси песка, глины,
эмульгированная вода, ванадий, никель,
железо, титан, германий и др. элименты
Переработка нефти

Первичная переработка нефти –
разделение ее на отдельные
фракции, каждая из которых
представляет смесь углеводородов
(например, прямая гонка нефти).

Вторичная нефтепереработка –
химические процессы
сопровождающиеся деструктивными
превращениями содержащихся в
нефтепродуктах углеводородов.
Общая схема переработки нефти
Состав продуктов прямой гонки
Интервал температур
кипения, С
Первая ступень АВТ
Бензин (нафта)
до 170
Лигроин
160 – 200
Керосин
200 – 300
Дизельное топливо (газойль)
300 – 350
Мазут (остаток)
выше 350
Вторая ступень АВТ (перегонка мазута)
Веретенное масло
230 – 250
Машинное масло
260 – 305
Легкое цилиндровое масло
315 – 325
Тяжелое цилиндровое масло
350 – 370
Гудрон (остаток)
выше 370
Продукты
Выход, %
14.5
7.5
18.0
5.0
55.0
10 – 12
5
3
7
27 – 30
Основные методы переработки
углеводородов


Крекинг

Пиролиз
Риформинг
Термический крекинг
Т, С - от 420 до 550; Р, Мпа - до 5
1. Термическая деструкция алканов:
CnH2n+2
CmH2m+2 + CpH2p
CqH2q+2 + CxH2x
2. Превращения нафтенов
А) Дегидрирование
CnH2n+1
CnH2n+1 + 3H2
Б) Деалкилирование
CnH2n+1
CpH2p+1 + CmH2m
В) Гидрирование
CnH2n+1 + H2
CH3CH2CH CH2 CH2 CH3
CnH2n+1
3. Превращение алкенов
А) Деструкция
ÑnH2n
2Ñn/2H2n
ÑnH2n
ÑmH2m+2 + ÑPH2p-2
Б) Изомеризация
R CH CH CH3
R C CH2
CH3
В) Полимеризация
CnH2n
C2nH4n
Превращения ароматических
углеводородов
А) C H + C4H6
2 4
+ 2H2
Б) Деалкилирование
CnH2n+1
+ CnH2n
В) Конденсация
+ C4H6
+ 2H2
Каталитический крекинг
1. Протонирование катализатора:
HAlO 2 SiO 2
HAlSiO 4
H+ + AlSiO 4-
2. Дегидрирование алкана до алкена под
воздействием термического фактора:
R CH CH CH 3 +
R CH 2 CH 2 CH 3
H2
3. Образование вторичного карбкатиона:
R CH CH CH 3 +
H+
+
R CH CH 2 CH 3
4. Превращение вторичного карбкатиона:
 крекинг до алкена:
+
+
R CH CH2 + CH3
R CH CH2CH3
 изомеризация в стабильный третичный карбкатион:
+
R CH CH2 CH3
+
R CH CH2
CH3
+
R C CH3
CH3
5. Превращение третичного карбкатиона и вторичного
карбкатиона, генерирующего цепь, по реакциям:
 с алканом
+
R C CH3 + R H
CH3
R CH CH3 + R
CH3
+
 с алкеном
+
R C CH3 + R CH CH2
CH3
+
R C CH2 + R CH CH3
CH3
Схема реакционного узла
каталитического крекинга в
псевдоожиженном слое
микросферического катализатора
1,6 - циклон
2,5 - трубы
3 - регенратор
4,9 - решетка
7 - реактор
8 - подъемник
Основные реакции при гидрокрекинге
1.
Деструкция высокомолекулярных алканов,
алкенов
и
дегидрирование
продуктов
деструкции:
С n H 2 n+ 2
C pH 2p + H 2
C n H 2 n+ 2 + H 2
2.
Гидрирование алкенов:
C nH
3.
C m H 2m +2 + C pH 2p
C p H 2 p + 2 и окончательно
C m H 2 m -2 + C p H 2 p + 2
2n
+ H
2
C nH
2n+2
Изомеризация алканов:
н -C n H 2 n+ 2
и зо-C n H 2 n+ 2
Методы пиролиза углеводородов
в ацетилен
Регенеративный пиролиз
 Эл е к т р о к р е к и н г
Гомогенный пиролиз
 Окислительный пиролиз


Трубчатая печь
Технологическая схема пиролиза бензина:
1 - трубчатая печь; 2, 3, 4 – теплообменники; 5 - закалочный
аппарат; 6 - котел-утилизатор; 7 – паросборник; 8 – колонна
отгонки масла; 9—парогенератор; 10, 13 – насосы; 11 - водяной
скруббер; 12 - сепаратор; 14 - холодильник; 15 - система
утилизации тепла
Реактор окислительного пиролиза
метана в ацетилен
1 - смесительная камера;
2 - корпус;
3 - предохранительная мембрана;
4 - камера горения;
5 - нижняя камера;
6 - форсунка;
7 - горелочная плита;
8 - диффузор.
Технологическая схема получения ацетилена окислительным пиролизом метана:
/. 3 — трубчатые печи; 3 — ацетиленовый реактор; 4 — скруббер-сажеуловитель;
5 — мокропленочный электрофильтр; 6 — холодильник; 7 — форабсорбер; 8 —
газгольдер; 9- сажеотстойник; 10—компрессор; 11 — абсорбер; 12, 15 — водяные
скрубберы; 13 — дроссельный вентиль; 14. 18 — десорберы; 16 —
огнепреградитель; 17 — теплообменник
Важнейшие реакции каталитического
риформинга
1. Дегидроциклизация и изомеризация алканов:
C6H13 R
R + 4H2
изо-CnH2n+2
н-CnH2n+2
2.
Дегидрирование
шестичленных
изомеризация
с
расширением
цикла
дегидрирование пятичленных нафтенов:
R
CH2 R
R + 3H2
R + 3H2
и
и
3. Циклодегидрирование алкенов:
C6H11 R
R + 3H2
4. Деалкилирование и дегидроконденсация
ароматических углеводородов:
CnH2n+1
2
+ CnH2n
+ 2C + 2H2
Разновидности процесса
риформинга
платформинг (катализатор – платина),
рениформинг (катализатор – рений),
риформинг (катализатор – молибден).
Трубчатые печи для получения
синтез-газа
Технологическая схема окислительной конверсии
природного газа при высоком давлении:
1 — турбокомпрессор; 2, 3, 10 — теплообменники; 4 — котелутилизатор; 5 — паросборники;
6 — конвертор; 7 — скруббер; 8 — холодильник; 5 —
абсорбер; 11 — десорбер
Природным газом называют газ,
состоящий из естественной смеси
углеводородов различного состава и
строения, добытый из подземных
месторождений. Его подразделяют:

собственно природные газы
 попутные газы
 газы газоконденсатных
месторождений
Переработка природного газа
Первичные методы:
низкотемпературная конденсация,
низкотемпературная ректификация,
абсорбция.
Вторичные методы:
пиролиз, конверсия, окисление,
гидрирование и дегидрирование,
гидратация, алкилирование,
сульфирование, нитрование,
хлорирование, карбонилирование и др.