Термокаталитические процессы переработки нефти Термокаталитические процессы – термическая переработка углеводородного сырья в присутствии катализаторов, которые позволяют использовать более мягкие режимы. К числу наиболее распространенных термокаталитических процессов нефтепереработки относят каталитический крекинг и каталитический риформинг.
Термокаталитические процессы переработки нефти Процесс каталитического крекинга: Сырьё – вакуумный газойль 350 -500ºС, получаемый при первичной перегонке нефти, газойли коксования, термического крекинга и гидрокрекинга. В процессе каткрекинга при температуре 450 -525ºС и атмосферном давлении в присутствии кислотных алюмосиликатных катализаторов получают: – высокооктановый бензин и дизельное топливо из темных нефтяных фракций; – жирный газ; – нестабильный бензин; – легкий и тяжелый каталитический газойль.
Термокаталитические процессы переработки нефти Процесс каталитического крекинга: Жирный газ содержит 80 -90 % фракции С 3–С 4, используется в процессах алкилирования, полимеризации, для производства этилена, пропилена, бутадиена, изопрена и других нефтехимических продуктов. Бензиновая фракция (н. к. -195ºС) применяется как компонент автомобильного и авиационного бензина. ОЧ бензиновой фракции составляет 78 -85 по моторному методу, 87 -93 по исследовательскому методу. Легкий газойль (195 -280ºС) используется как компонент дизельного топлива с ЦЧ 40 -45.
Термокаталитические процессы переработки нефти Процесс каталитического крекинга: Остаточный продукт каталитического крекинга – тяжелый газойль – используется в качестве сырья для термического крекинга и коксования. Основным преимуществом каталитического крекинга перед термическим крекингом является более высокая скорость реакции в присутствии катализатора и бóльшая ценность получаемых продуктов.
Катализаторы каткрекинга Активным катализатором является хлорид алюминия Al. Cl 3. Недостаток: – невозможность регенерации; – под действием влаги выделяется хлорид водорода, сильно корродирующий аппаратуру.
Катализаторы каткрекинга В настоящее время используются гетерогенные алюмосиликатные катализаторы, обладающие высокой механической прочностью, химической и термической стабильностью, регенерируются выжигом кокса.
Катализаторы каткрекинга По своей химической природе алюмосиликатные катализаторы являются слабыми кислотами состава: n. Al 2 O 3 m. Si. O 2 x. H 2 O. Алюмосиликатные катализаторы содержат химически связанную воду, играющую важную роль в механизме катализа.
Катализаторы каткрекинга В молекуле воды протон приобретает подвижность вследствие сильной поляризации связи О—Н за счет электроноакцепторных свойств координационного ненасыщенного атома алюминия. Протоны, входящие в состав кислотных центров, взаимодействуют с молекулами углеводородов, превращая их в карбкатионы.
Катализаторы каткрекинга Реакции углеводородов при каталитическом крекинге протекают по цепному карбкатионному механизму. Карбкатионы – чрезвычайно реакционноспособные соединения. Константы скорости ионных реакций на несколько порядков выше аналогичных радикальных реакций. Например, скорость каткрекинга алканов при температуре 500ºС в 40 -60 раз больше скорости их термического крекинга.
Основные стадии карбкатионного механизма А. Образование карбкатионов: 1 направление: Часть молекул алканов подвергается вначале термическому крекингу, образующиеся олефины присоединяют протоны, находящиеся на катализаторе, и превращаются в карбкатионы:
Основные стадии карбкатионного механизма А. Образование карбкатионов: 2 направление: Карбкатион образуется из молекулы алкана при гетеролитическом расщеплении связи С—Н, которое происходит под действием кислотного центра катализатора:
Основные стадии карбкатионного механизма А. Образование карбкатионов: Третичные карбкатионы более устойчивы, чем вторичные и первичные. Положительный заряд на третичном атоме углерода частично компенсирован смещением электронов от трех алкильных групп.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов. Карбкатионы – нестабильные частицы, стремятся к стабилизации. Основными реакциями карбкатионов, как и радикалов, являются распад по -правилу, реакции замещения и присоединения. Отличие карбкатионов от радикалов – их способность к изомеризации.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Изомеризация карбкатионов происходит в результате переноса как гидрид-иона, так и метиланиона: Образующиеся вторичные ионы сохраняют прямую углеводородную цепь. Тепло, выделяющееся при изомеризации, затрачивается на расщепление.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Изомеризация. Подобное перемещение происходит быстро от первичного карбония к вторичному и далее к наиболее устойчивому – третичному. Изомеризация карбкатиона с перемещением метиланиона дает продукты с разветвлением углеводородного скелета
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Расщепление карбкатионов происходит по наиболее слабой -связи С—С с образованием алкена и нового карбкатиона.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Расщепление карбкатионов. В процессе каталитического крекинга вследствие изомеризации преобладают вторичные и третичные карбкатионы, при их расщеплении образуются углеводороды С 3 и С 4, которые и составляют газы каткрекинга. В газах термического крекинга преобладают углеводороды С 1 и С 2.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Расщепление карбкатионов.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Расщепление карбкатионов.
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Расщепление карбкатионов. Расщепление карбкатиона может проходить и по -связи С—Н по отношению к заряженному атому углерода:
Основные стадии карбкатионного механизма Б. Реакции карбкатионов: Взаимодействие карбкатионов с углеводородами. Сталкиваясь с молекулой алкана, карбкатион отрывает от нее гидрид-ион: В эту реакцию вступают низшие карбкатионы СН 3+, С 2 Н 5+, С 3 Н 7+. Карбкатионы большей молекулярной массы легче расщепляются.
Основные стадии карбкатионного механизма В. Обрыв цепи происходит при встрече карбкатиона с анионом катализатора.
Основные стадии карбкатионного механизма Процесс каталитического риформинга: При температуре 480 -540ºС, давлении 2 -4 МПа (20 -40 атм) в среде водородсодержащего газа в присутствии алюмоплатиновых катализаторов из прямогонных бензиновых фракций получают высокооктановые бензины или индивидуальные ароматические углеводороды.
Катализаторы катриформинга Реакции углеводородов при каталитическом риформинге протекают по цепному карбкатионному механизму. Используют бифункциональные катализаторы, сочетающие «кислотную» и «гидрирующую–дегидрирующую» функции.
Катализаторы катриформинга Платина активна в реакциях гидрирования и дегидрирования. Она способствует образованию ароматических соединений и гидрированию промежуточных олефинов, предотвращая коксообразование. Содержание платины в катализаторе составляет 0, 3 -0, 65 %. Окись алюминия в алюмоплатиновом катализаторе выполняет кислотную функцию, и определяет активность катализатора в реакциях изомеризации и гидрокрекинга.
Продукты процесса катриформинга Фракционный состав сырья риформинга определяется целевым продуктом процесса. Для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов) используют фракции, содержащие углеводороды С 6 (62 -85ºС), С 7 (85 -105ºС) и С 8 (105 -140ºС). С целью получения высокооктанового бензина в качестве сырья используют фракцию 85 -180ºС, соответствующую углеводородам С 7 -С 9.
Продукты процесса катриформинга Основными продуктами риформинга являются водородсодержащий газ и риформат, используемый как высокооктановый компонент автомобильных бензинов (ОЧММ 85 и ОЧИМ 95) или направляют на выделение индивидуальных ароматических углеводородов. Бензины катриформинга содержат до 60 % масс. ароматики, до 30 % парафинов, до 15 % нафтенов и около 2 % непредельных соединений. Бензин катриформинга из-за высокого содержания ароматики, приводящей к повышенному нагарообразованию, не может в чистом виде использоваться в качестве топлива для автомобилей.
Состав автомобильных бензинов Автомобильные бензины представляют собой смесь прямогонных бензинов, бензинов катриформинга и каткрекинга с добавлением высокооктановых компонентов и различных присадок.
Состав автомобильных бензинов Вырабатываемые компоненты бензина Бензин каталитического риформинга Бензин каталитического крекинга Бензин термического крекинга Алкилат и изомеризат Прямогонный бензин Бензин-рафинат Прочие Доля в общей массе бензина, % масс. 44, 6 16, 4 3, 8 0, 6 27, 5 4, 9 4, 1
Скачать презентацию Термокаталитические процессы переработки нефти Термокаталитические процессы термическая
Лекция по химии нефти 7.ppt