Химические способы переработки нефти

Долматов Алексей 6 вариант

 практическое задание   № 5

Химические способы  переработки нефти.

Термический крекинг

В состав автомобильных бензинов входят углеводороды с 4…12 атомами  углерода, 12…25 - диз. топливо, 25…70 - масло. В соответствии с увеличением числа атомов увеличивается молекулярная масса. При крекинге происходит расщепление тяжелых молекул на более легкие и превращение их в легко кипящие углеводороды с образованием бензиновых, керосиновых и дизельных фракций.

Термический крекинг разделяют  на парофазный и жидкофазный.

Парофазный крекинг - нефть нагревают до 520…550°С при давлении 2…6 атм. В настоящее время не применяется по причине низкой производительности и большого содержания (40%) непредельных углеводородов в конечном продукте, которые легко окисляются и образуют смолы.

Жидкофазный крекинг - температура  нагрева нефти 480…500°С при давлении 20…50 атм. Увеличивается производительность, снижается количество (25…30%) непредельных углеводородов. Бензиновые фракции термического крекинга используются в качестве компонента товарных автомобильных бензинов. Однако, для топлив термического крекинга характерна низкая химическая стабильность, которую улучшают путем введения в топлива специальных антиокислительных добавок. Выход бензина 70% - из нефти, 30% - из мазута.

Каталитический крекинг

Более совершенный технологический  процесс. При каталитическом крекинге расщепление тяжелых молекул  углеводородов нефти при температуре 430…530°С при давлении близком к атмосферному в присутствии катализаторов. Катализатор направляет процесс и способствует изомерации предельных углеводородов, а также превращению из непредельных в предельные. Бензин каталитического крекинга имеет высокую детонационную стойкость и химическую стабильность. Выход бензина до 78% из нефти и качество значительно лучше, чем при термический крекинг. В качестве катализаторов применяют алюмосиликаты, содержащие окиси Si и Al, а также катализаторы, содержащие окиси меди, марганца, Со, Ni, и платиновый катализатор.

Гидрокрекинг

Это разновидность каталитического  крекинга. Процесс разложения тяжелого сырья происходит в присутствии  водорода при температуре 420…500°С и давлении 200 атм. Процесс происходит в специальном реакторе с добавлением катализаторов (окиси W, Mo, Pt). В результате гидрокрекинга получают топливо для турбореактивных двигателей.

Каталитический риформинг

Сущность каталитического риформинга заключается в ароматизации бензиновых фракций в результате каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Кроме ароматизации молекулы парафиновых углеводородов могут подвергаться изомерации, наиболее тяжелые углеводороды могут расщепляться на более мелкие.

В качестве сырья для переработки  используются бензиновые фракции прямой перегонки нефти пары которых  при температуре 540°С и давлении 30 атм. в присутствии водорода пропускают через реакционную камеру, заполненную катализатором (двуокись молибдена и окись алюминия). В результате получают бензин с содержанием ароматических углеводородов 40…50%. При изменении технологического процесса кол-во ароматических углеводородов можно увеличить до 80%. Присутствие водорода увеличивает срок службы катализатора.

Пиролиз

Это термическое разложение углеводородов  нефти в специальных аппаратах  или газогенераторах при температуре 650°С. Применяется для получения  ароматических углеводородов и  газа. В качестве сырья можно применять  как нефть так и мазут, но наибольший выход ароматических углеводородов наблюдается при пиролизе легких фракций нефти. Выход: 50% газа, 45% смолы, 5% сажи. Из смолы получают ароматические углеводороды путем ректификации.

Определение теплоты сгорания

Теплота сгорания топлива – это то количество теплоты Q (кДж), которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м3газообразного топлива.

В зависимости от агрегатного состояния  влаги в продуктах сгорания имеет  место разделение на высшую и низшую теплоту сгорания.

Влага в продуктах сгорания жидкого  топлива образуется при горении  горючей массы водорода Н, а также  при испарении начальной влаги  топлива w. В продукты сгорания попадает также и влага воздуха, использованного для горения. Однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе водорода с горючей массой Нркг при горении образуется 9НРкг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится (9НР+ WP) кг влаги. На превращение 1 кг влаги в парообразное состояние затрачивается около 2500 кДж теплоты. Теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована, если конденсации паров воды не произойдет. В этом случае получим низшую теплоту сгорания.

КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ БОМБА

прибор для опытного сжигания топлива с целью определения  его теплотворной способности. К. б. применяется при исследованиях  совместно с калориметром и представляет собой цилиндрический сосуд из кислотоупорной стали емкостью 300 см3 с навинчивающейся  крышкой, на к-рой расположены чашечки для сжигаемого топлива, трубка для подведения кислорода, отверстия для выхода газа и клеммы для включения электр. тока, зажигающего топливо внутри бомбы во время опыта.

Определение давления насыщенных паров нефтепродуктов (метод Рейда) и сжиженных газов (LPG метод)  
 
Метод Рейда (ГОСТ 1756, ASTM D323, ISO 3007, IP 69) 
LPG метод (ГОСТ Р 50994, ASTM D1267, ISO 4256, IP 161) 
 
По EN 228 бензин подразделяется на 10 классов. Давление насыщенных паров (ДНП) нормируется в диапазоне от 45,0 до 100,0 кПа. По ASTM D1655 — не более 21 кПа. 
 
Испытательные цилиндры (бомбы) предназначены для определения давления насыщенных паров по Рейду жидких нефтепродуктов, сырой нефти и сжиженного нефтяного газа. Состоят из верхней и нижней камер с необходимым объемным соотношением – 4 : 1. Цилиндры с одним отверстием жидкостной камеры, применяются для бензинов и других продуктов, имеющих давление насыщенных паров по Рейду ниже 180 кПа (26 psi). Цилиндры с двумя отверстиями жидкостной камеры, применяются для жидких продуктов, имеющих давление насыщенных паров по Рейду выше 180 кПа (26 psi), и для сжиженных газов (LPG). Жидкостная камера с двумя отверстиями, включает в себя клапан и 1/4 дюймовый игольчатый клапан. Для определения давления насыщенных паров сжиженных нефтяных газов, заказывайте цилиндры с двумя отверстиями жидкостной камеры, и дополнительные предохранительные выпускные клапаны. Все цилиндры гидростатически испытаны и выдерживают давление до 6894 кПa (1000 psi). В комплект также входят изолирующие кольца. 
 
Манометры предназначены специально для определения давления насыщенных паров по Рейду. 
 
Беспроводная система сбора данных давления насыщенных паров представляет собой программное обеспечение, разработанное на основе системы Windows. Система осуществляет текущий контроль восьми каналов давления, отображает графическую информацию о давлении и числовые данные давления насыщенных паров в реальном времени для каждого канала. Каждый канал может работать независимо и конфигурируется для диапазонов давления 0-50, 0-200, и 0-1000 psi. Значения давления могут выводиться в psi или кПа. Программное обеспечение автоматически экспортирует результаты в Microsoft Excel для анализа данных и их хранения. 
 
Баня для определения давления насыщенных паров на 4 цилиндра (бомбы) разработана специально для определения давления насыщенных паров жидких нефтепродуктов по Рейду и сжиженных газов (LPG). Температура бани поддерживается с точностью ±0,1°C (±0,2°F). Микропроцессорное управление обеспечивает быструю температурную стабилизацию. Баня защищена от перегрева электрической цепью, которая отключает нагреватель при достижении запрограммированной температуры. Двойной дисплей показывает фактические и запрограммированные значения температуры в форматах °C/°F. Максимальная температура — 100°C (212°F) Емкость бани — 52 литра. 
 
Баня для определения давления насыщенных паров на 21 цилиндр (бомбу) Температурный диапазон — 100°C (212°F) Стабильность температуры — ± 0.1°C (±0.2°F) Емкость бани — 220 литров. Размеры: 122x56x91 см. 
 
Аксессуары: 
Термометр. Диапазон 34—42°C 
Термометр. Диапазон 50—80°C 
Соединение для переноса образца. Состоит из медного колпачка, нагнетательной трубки и пробоотборной трубки. Используется для отбора жидкости из контейнера с пробой  
Ртутный манометр. Отградуирован в см (1 мм деления) и дюймах (0.1). Для проверки манометров до 15 psi 
Адаптер для манометра. Соединеняет манометр для проверки ртутным манометром 
Изолирующие кольца. Для соединения между камерами 
Изолирующие кольца. Для соединения манометра и выпускного клапана 
Гибкий шланг из безсернистого пластика предназначен для заправки LPG цилиндров (бомб)

Физическую  стабильность топлива оценивают  и контролируют, периодически определяя  плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, температуру помутнения и кристаллизации и другие показатели.

Содержание  ароматических углеводородов в  топливе допускается в ограниченных количествах. Это связано с их высокой по сравнению с другими  углеводородами гигроскопичностью. К  тому же некоторые из них, например, бензол, способны выкристаллизовываться  из топлива при повышенных температурах.  

Вязкость. В том случае, если данное значение чересчур велико, процесс  сгорания топлива сопровождается излишне  высоким выделением дыма. Кроме того, происходит увеличение потребления  ДТ, поскольку его излишняя вязкость приводит к затруднению прохождения  топлива через ячейки фильтров. Одновременно с этим снижается эффективность  процесса смесеобразования. В то же время топливо с пониженным уровнем  вязкости гораздо хуже смазывает  и герметизирует зазоры плунжерных пар. И если собственника авто интересует дизельное топливо цена  которого гармонично сочетается с уровнем качества, ему обязательно необходимо выяснить показатель вязкости выбранного ДТ.

 Низкотемпературные характеристики. На основании этого показателя  выделяют 3 категории, определяющие  особенности использования топлива:

– арктическое ДТ, проходящее через фильтр даже при температуре, равно -50°C;

– зимнее ДТ, сохраняющее рабочие  свойства при морозе, максимальное значение которого равно -35°C.

– летнее ДТ, работоспособность которого возможна только до тех пор, пока температура воздуха не достигнет значения -10 °C.

Фракционный состав косвенно характеризует испаряемость дизельного топлива. Топливо с облегченным  фракционным составом легче испаряется. Но применять дизельное топливо  со слишком облегченным фракционным  составом нельзя, так как такое  топливо состояло бы из углеводородов, плохо самовоспламеняющихся, и его  вязкость могла бы оказаться недостаточной. Применение дизельного топлива с  утяжеленным фракционным составом, вследствие плохой его испаряемости, приводит к несвоевременному воспламенению  и плохому сгоранию, дымному выхлопу  и ухудшению топливной экономичности. Такое топливо затрудняет пуск холодного  двигателя, особенно при низких температурах. Метод определения фракционного состава дизельного топлива принципиально  не отличается от описанного метода определения  фракционного состава бензина. 
Самовоспламеняемостью называется способность дизельного топлива воспламеняться без источника зажигания. Самовоспламеняемость топлива оценивается цетановым числом, и от нее зависит протекание процесса сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо самовоспламенялось и в дальнейшем энергично сгорало, вызывая интенсивное, но достаточно плавное нарастание давления. В этом случае будет иметь место так называемая мягкая работа двигателя, т. е. не будет перегрузки его деталей, будет развиваться максимальная мощность и обеспечиваться необходимая топливная экономичность. Если же топливо самовоспламеняется не своевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя, напоминающей работу карбюраторного двигателя с детонацией. При жесткой работе детали двигателя работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выхлопу и снижению мощности.

Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия или инструмента вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя изделия при трении.

Износ деталей машин зависит от:

• условий трения,
• свойств материалов,
• конструкции.

Износ можно рассматривать  как механический процесс, осложнённый действием физических и химических факторов, вызывающих снижение прочности микрообъёмов поверхностного слоя.

По условиям внешнего воздействия на поверхностный слой различают износ:

• абразивный (закрепленным или незакрепленным абразивом, газоабразивный, гидроабразивный)
• кавитационный
• адгезионный
• окислительный
• тепловой
• усталостный

Температуру воспламенения  масла определяют обычно непосредственно после определения температуры вспышки, продолжая нагревать масло с такой же скоростью ( 4 С / мин), через определенные интервалы подносят пламя спички к краю тигля до того момента, пока не загорится масло и будет гореть не менее 5 с.