Процессы технологии природных энергоносителей и углеродных материалов презентация

ХТТ

на основе углерода и водорода

повышенной t (крекинг – 450-5000С, пиролиз – 700-9000С) в отсутствии воздуха.

При крекинге происходит разрыв С-С связей, а при пиролизе рвутся С-С и С-Н связи.
Механизм реакций – свободно-радикальный.
Высшие парафины более склонны к расщеплению, чем низшие.
Разветвленные молекулы рвутся проще.

твердых горючих ископаемых при нагревании без доступа воздуха: полукоксование проводят до 500-5500С, а коксование – до 11000С.
Технологические стадии процессов:
сушка (удаление влаги, 1000С);
бертинирование (обработка сырья при t=2000С с целью удаления летучих веществ; образуются CO, CO2, H2O, CH4);
полукоксование;
коксование.
Полукоксование используется для получения жидких продуктов и искусственного жидкого топлива (ИЖТ). Сырьем является сапропели, некачественный бурый уголь, горючие сланцы, торф.
Состав продуктов полукоксования:
Первичная смола – содержит несколько классов орг. соединений: основания, карбоновые кислоты, фенолы, у/в, асфальтены (число конденсированных ядер 1-10) и др.
Первичный газ – состоит в основном из СН4, Н2, непредельных у/в и летучих гетеросоединений.
Полукокс

Г, К, ОС, входящие в состав шихты.
Шихта — смесь исходных материалов, а в некоторых случаях (например, при выплавке чугуна в доменной печи) и топлива в определённой пропорции, подлежащая переработке в металлургических, химических и других агрегатах.
Продукты коксования делят на 3 группы
Смола коксования – имеет более простой состав, чем первичная смола. Содержит незамещенные конденсированные ароматические соединения:
Коксовый газ
Кокс

легких моторных топлив. Протекает в присутствии ионных катализаторов с кислотной функцией (алюмосиликаты, оксиды алюминия и др.) при Т=450-480оС при атмосферном давлении.
СnH2n+MOH=CnH+2n+1+MO-

Механизм процесса – ионно-цепной.

Алкилирование – введение алкильного заместителя в молекулу органического соединения. Типичными алкилирующими агентами являются алкилгалогениды, алкены, эпоксисоединения, спирты, реже альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды, диазоалканы.
Протекает при низких температурах t<1000С. Катализатор: H2SO4 и безводная HF, AlCl3.

Алкилирование парафинов олефинами
Алкилирование по ароматическому атому углерода.

карбкатион взаимодействует с изобутаном

3) третичный (наиболее стабильный) карбкатион атакует олефин

4) образующийся карбкатион изомеризуется в результате миграции водорода и метильных групп

карбкатиона из олефина в присутствии AlCl3.
Эта реакция, как и другие процессы алкилирования обратима


Процесс начинается с протонирования олефина, который затем атакует ароматическое ядро. Содержание более трех атомов углерода в карбкатионах приводит к их изомеризации. Поэтому в ароматическое ядро вводится только разветвленный радикал,



который стабилизируется за счет потери протона

Алкилирование по ароматическому атому углерода

вещества.
1. Присоединение водорода по ненасыщенным связям

Эти реакции широко используются для облагораживания топливных фракций.
2. Присоединение водорода к гетероатомному веществу



Эти реакции применяют для очистки нефти от гетероатомов при подготовке ее к переработке.
3. Деструктивное гидрирование, гидрокрекинг – реакции, сопровождающиеся разрывом углерод-углеродных связей




Эти реакции используются для увеличения выхода жидких продуктов при переработке некачественных ТГИ; для удаления коксовых продуктов при крекинге; для увеличения светлых фракций путем уменьшения молекулярной массы у/в

с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов.
Основные реакции:
изомеризация на кислотных центрах парафинов и нафтенов;
дегидрирование нафтеновых у/в;
дегидроциклизация парафинов;
ароматизация;
гидрокрекинг.
Катализаторы: Pt, Pt+Re.

Гидрокрекинг нефтяных остатков – это переработка высококипящих нефтяных фракций, мазута, вакуумного газойля или деасфальтизата для получения бензина, дизельного и реактивного топлива, смазочных масел, сырья для каталитического крекинга и др. Проводят действием водорода при 330—450°С и давлении 5-30 МПа в присутствии никель-молибденовых катализаторов. В процессе гидрокрекинга происходят следующие превращения:
Основные реакции:
Гидроочистка — из сырья удаляются сера-азотсодержащие соединения;
Расщепление тяжелых молекул углеводорода на более мелкие;
Насыщение водородом непредельных углеводородов.
Катализаторы: Ni-Mo.

сравнению с сырьем (за счет повышения отношения Н/С), для увеличения выхода жидких продуктов при переработке некачественных ТГИ; для удаления коксовых продуктов при крекинге; для увеличения светлых фракций путем уменьшения молекулярной массы у/в.

Экстракция углей
Деструктивная гидрогенизация и термическое растворение
Катализаторы: оксиды и сульфиды металлов переменной валентности, Т=320-420оС, Р=5-15МПа.
Основные типы реакций деструкции.

Гидроочистка
Применяется для очистки нефти от гетероатомов при подготовке ее к переработке.
Катализаторы: AlCoMo, AlCoNi

процессу окисления этих веществ в природных условиях.
В природе эти процессы протекают в естественных условиях: атмосферное, давление, t окр. среды, в качестве окислителей выступают влажная среда и кислород воздуха. Это процесс тления, выветривания и т.п.
В технологических процессах используются спец. окислители: HNO3, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2 и др. Давление от 1 до нескольких десятков атмосфер, температура: от t окр. среды до t горения у/в.
Окисляемое вещество может быть жидким, твердым или газообразным, а окислитель – жидким или газообразным.





о

Выветривание и самовозгорание углей
Окисление и стабилизация топлив и масел

Окисление парафинов

Окисление алкилзамещенных аренов

с парами воды, O2, CO2 или их смесями с целью получения горючих газов: H2, CO, CH4, которые в дальнейшем могут использоваться как топливо (синтез-газ) или как сырье для химической промышленности.
Воздушный газ: 2С+O2+3,76N2=2CO+3,76N2
Водяной газ: C+H20=CO+H2
Полуводяной газ: 3,65C+O2+1,65H2O+3,76N2=3,65CO+1,65H2+3,76N2
Оксиводяной газ: 3,65C+O2+1,65H2O=3,65CO+1,65H2
Получение синтез-газа:
СН4+Н2О=СО+3Н2
СН4+СО2=2СО+2Н2 Т=800-900оС
СН4+0,5 О2=СО+2Н2
Катализатор: Ni, нанесенный на Al2O3

H2 позволяют получать широкий спектр продуктов: углеводороды, спирты, карбоновые кислоты, альдегиды, кетоны, олефины.
1. Синтез Фишера-Тропша представляет собой каталитическое гидрирование оксида углерода с образованием смеси углеводородов; в зависимости от катализатора и условий, в которых осуществляется синтез, процесс преимущественно протекает по схеме (1) или (2):

и H2 и непредельных углеводородов.
Катализаторы – карбонилы металлов VIII группы (например [HCo(CO)4]).



Классификация процессов в зависимости от используемых реагентов

6. Синтезы на основе CO и H2

Каталитические процессы
Каталитический крекинг
Алкилирование
3. Процессы, связанные с переносом водорода
Гидрирование
Каталитический риформинг
Гидрокрекинг
Гидроочистка
Деструктивно-гидрогенизационная переработка ТГИ
4. Окисление
5. Газификация
6. Синтезы на основе углерода и водорода
Синтез Фишера-Тропша
Оксосинтез