Основы технологии переработки природного топлива

Вариант 6

1. Назовите источники и методы получения циклоалканов. Приведите и опишите технологическую схему одного из методов получения циклогексана.

       Циклоалканы (циклопарафины, полиметилены, цикланы), насыщенные моноциклические углеводороды. Они представляют собой лёгкие жидкости

(циклопропан и циклобутан – газы) не смешивающиеся с водой, но смешивающиеся во всех отношениях с большинством неполярных растворителей.

      Циклоалканы относятся к основным компонентам нефти.  Они находятся в нефти в преобладающем количестве.

       Циклоалканы содержатся во всех нефтях и во всех нефтяных фракциях.

       Циклоалканы нашли широкое применение в промыш-

ленности, однако, процесс выделения индивидуальных соединений этой группы из нефти сложный и дорогой, поэтому их получают синтетическими методами.

        Циклогексан получают главным образом гидрированием бензола на никелевом катализаторе при 140—200 °С и давлении 1—5 МПа.

              Ni3H2

          При синтезе мономеров для производства полиамидных волокон используют циклоалканы с числом углеродных атомов больше шести (циклогептан, циклооктан, циклододскан).
         

            Циклогептан   можно синтезировать из циклопентадиена и  ацетилена   пиролизом   первичного   аддукта   и   последующим гидрированием циклогептадиена.
           Циклооктан  можно получить циклополимеризацией ацетилена по Реппе. Значительно выгоднее для этой цели использовать 1,3-бутадиен.
            Циклододекан   получается  при   гидрировании  циклического тримера бутадиена.
             Гидрирование циклоалкенов на никелевом катализаторе (носитель Аl2О3) протекает при 100 °С с количественным выходом.

           Тетралин и декалин получают гидрированием нафталина с никелевым катализатором соответственно в паровой и жидкой фазах.

           Существует ряд лабораторных методов получения циклоалканов.

            Циклогексан — органическое вещество класса циклоалканов. Хим. формула — C6H12.   Получают гидрированием бензола в жидкой фазе при t 150—250 °C и 1-2,5 МПа (выход 99 %), а также выделяют ректификацией из нефтепродуктов.

           Рис. 1 Схема потоков процесса получения циклогексана.

1 — насос; 2 — теплообменник; 3 — подогреватель; 4 — компрессор; 5 — колонна форконтакта; 6 — реактор трубчатый; 7 — сепаратор; 8 — колонный реактор; 9 — холодильник-конденсатор; 10, 12 — сепарационные колонны; 11, 13 — холодильники; 14 — сборник.

               Бензол со склада центробежным насосом 1 подается в трубное пространство теплообменника 2. Здесь он испаряется, смешивается с циркуляционным газом и свежим водородом, и смесь нагревается за счет тепла реакционной смеси, поступающей из реактора 8.

             Для создания необходимого соотношения газ: бензол (8:1) предусматривается циркуляция газа компрессором 4. Свежий водород подается в нагнетательную линию компрессора 4 таким образом, Чтобы с помощью регулятора поддерживать автоматически постоянное давление в цикле.

             Из теплообменника 2 исходная смесь поступает в паровой подогреватель 3, который служит для нагрева газа при пуске, а при нормальной работе лишь гарантирует поддержание бензола в парообразном состоянии. Далее смесь поступает в колонну форконтакта 5, где на медь-магниевом катализаторе сырье очищается от сернистых соединений.           

         Очищенная смесь (содержание серы менее 00001%) поступает в реакторы гидрирования.

         В первый трубчатый реактор 6 загружается около 40% от общего количества катализатора, что обеспечивает превращение около 90% подаваемого бензола. Тепло реакции снимается кипящей в межтрубном пространстве водой. Во второй реактор 8 колонного типа загружается остальное количество катализатора. Здесь превращение бензола достигает 99,9%. Тепло реакции в реакторе 8 снимается рабочей смесью. Принятое распределение катализатора по реакторам обусловлено кинетическими закономерностями реакции гидрирования.

             Пар, получающийся в результате испарения конденсата в межтрубном пространстве реактора 6 (около 1 т на 1 т циклогексана), большей частью используется как теплоноситель на .самой установке (в подогревателе 3 и др.).

            Реакционная смесь из реактора 8 охлаждается в межтрубном пространстве теплообменника 2, отдавая тепло на испарение бензола и нагрев исходной смеси. Дальнейшее охлаждение реакционной смеси, и конденсация циклогексана происходят в холодильнике-конденсаторе 9, охлаждаемом оборотной водой. Газожидкостная смесь из холодильника 9 с температурой 35 °С поступает в сепарационную колонну 10, где жидкий циклогексан отделяется от газа. Газовая фаза из колонны 10 поступает во всасывающую линию циркуляционного компрессора 4. Для предотвращения накопления инертных компонентов в системе часть циркуляционного газа выводят в атмосферу. Предварительно они охлаждаются до 15 °С захоложенной водой в холодильнике 11 и проходят сепарационную колонну 12.

             Жидкий циклогексан из сепарационных колонн 10 и 12 поступает в сборник 14, откуда передается на склад промежуточных продуктов или в систему очистки от примесей, внесенных с исходным бензолом.

           При выборе типа циркуляционного компрессора 4 решающим фактором является сопротивление циркуляционной системы, так как оно определяет расходы электроэнергии. Большая часть сопротивления системы приходится на долю масляных фильтров, служащих для очистки циркуляционного газа от компрессорного масла. Использование для сжатия газа компрессоров без масляной смазки, а также поагрегатная установка компрессоров позволяет устранить систему очистки от масла и снизить перепад давления в циркуляционном компрессоре с 1,0—1,5 МПа до 0,1— 0,3 МПа, что приводит к значительному сокращению расхода электроэнергии.

         2. Охарактеризуйте состав газов, получаемых в результате различных процессов деструктивной переработки нефтяного сырья. Назовите основные направления их использования.

        В результате  различных процессов деструктивной переработки нефтяного сырья образуются так называемые газы нефтепереработки. Они  образуются при разложении углеводородов нефти в процессах ее переработки.

Различают:

1.      Газы обогащенные предельными углеводородами и Н2, которые образуются при первичной перегонке, каталитическом риформинге, гидроочистке, гидрокрекинге и гидрообессеривании ;

2.      Газы, обогащенные непредельными углеводородами, получающиеся при каталитическом  и термическом  крекинге, а также при коксовании (так называемые непредельные газы нефтепереработки). 

          Состав газов нефтепереработки существенно зависит от вида перерабатываемого сырья (нефть, дизельное топливо и т. п.) и условий его переработки. Кроме углеводородов газы нефтепеработки содержат влагу и сернистые соединения (тиолы, H2S, CS2 и др.). 

Таб. 1. Примерный состав газов, образующихся при различных процессах деструктивный переработки нефтяного сырья(% по массе) 

        Газы нефтепереработки  используют в качестве технологического топлива, источника Н2 для процессов гидрогенизации; этановую и пропановую фракции - в качестве хладагента, бытового сжиженного газа; сырья для пиролиза; бутановую и изобутановую - для получения высокооктановых бензинов, произвосдтва СК; пентановую и изопентановую-также для получения бензинов, в производстве изопренового каучука; пропан - пропиленовую-для получения полимер-бензинов, полимеров, ацетона; бутан-бутиленовую - для синтеза бутиловых спиртов, моющих средств, СК, кумола, метил-шреш-бутилового эфира, в процессах алкилирования с целью получения высокооктановых бензинов.