Мини-лекции

Процессы химической и энергетической переработки природных топлив.

Прямое использование природного топлива – для получения энергии методом сжигания.

Нерациональность:

- не всегда нужная колоритность;

- загрязнение окружающей среды продуктами неорганических соединений, входящих в состав топлив;

- при сжигании отпадает возможность использовать его для других химических синтезов.

Анализ переработки нефти.

Нефть – многоступенчатая система, состоящая из жидких углеводородов (С_n Н_m).

С_1-4 – газы, С_5-15 – жидкости, С₁₆ – твёрдое топливо.

Способы добычи нефти:

1)фонтанный

2) Вода выдавливает нефть и она идёт на переработку.

Используется когда давление в пласте земли меньше.

3)глубинно-насосный метод.

На тонну жидкой нефти на поверхность выходит:

- от 50 до 100 м³ попутного газа

- от 200 до 300 кг воды

- от 1 до 15 кг минеральных солей (в основном в растворённом виде)

- от 1 до 50 кг механических примесей (тв.частиц)

Основные методы дегазации.

Основные методы основаны на снижении давления:

- однократное (затрачивается энергия на сжатие газа и перекачку нефти, остаётся большое количество растворённого газа)

- двухступенчатое (высокая глубина дегазации)

Стабилизация нефти - нагревание, отстаивание.

Экстракция: промывают нефть тёплой водой при этом большая часть минеральных солей переходит в водную фазу.

Методы разделения эмульсии:

- добавление поверхностно-активных веществ

- нагревание

- электростатическое разделение

Свойства бензинов.

В выхлопных газах содержится:

N₂ – 74-77%

O₂ – 0.3-8%

H₂O – 3.5%

CO₂ – 5-12%

NO_X – 0.1-0.5%

SO_X – 0-0.002%

C_nH_m – 0.01-0.1%

Альдегиды – 0-0,2%

Сажа – 0-0,04%

Бенз(а)пиррол – до 0,00002%

1)Октановое число показывает содержание изооктана в смеси с гептаном, который будет гореть.(способность бензина быть устойчивым к детонации)

С8Н18-изооктан С7Н16-п.гептан

2)Фракционный состав бензина

- температура начала кипения

- температура конца кипения – влияет на полноту сгорания топлива, на количество отложений. Чем она выше, тем стабильней бензин.

3)Вязкость – от неё зависит низкая (высокая) степень образования смеси и меньший расход топлива.

4)Содержание серы. Оптимальным является бензин с нулевым содержанием серы.

5)Содержание ароматических углеводородов. Чем больше углеводородов, тем выше октановое число, с другой стороны – больше образуется бенз(а)пирола, возможность задымления выхлопных газов и больше отложений на стенках двигателя.

Первичное фракционирование нефти.

Это разделение нефти на сравнительно узкие по химическому составу и физическим свойствам фракции углеводородов, близких по температуре кипения (это температура, при которой давление насыщенных паров равно внешнему давлению).

В вакуумных установках:

- топливный вариант (получение как можно больше топлива)

- топливно-маслянный (получение гудром и вакуумный газойль и масла).

Химические методы переработки нефтепродуктов.

1)Все фракции подвергаются процессу гидроочистки (очистка с пом.водорода)

S – при сжигании SO₂ в атмосферу

N – велика вероятность образования второй реакции

O

2)Термическое расщепление углеводородов. Задача: из тяжёлых фракций получить дистиллят, очень глубоко провести расщепление с получением метана, этана, этилена, пропилена, водорода. В зависимости от температуры различают следующие процессы:

- получение нефтяного кокса(550-600градусов),образуется сырьё для металлургической промышленности

-перолиз(900-1000градусов), образуется метан, этан и т.д., происходит глубокое расщепление.

-термический крекинг(400-450градусов),происходят химические процессы следующего вида:

Увеличивается число разветвлённых и ароматических углеводородов, а также количество лёгких углеводородов. Характерной чертой для крекинга является высокое Р=5. Чем выше температура, тем больше вероятность, что расщепление произойдёт очень близко к концу углеводородной цепочки, т.е. образуется очень много лёгких углеводородов. Чем выше Р и ниже температура, тем расщепление будет происходить ближе к середине цепочки. Также как и рост температуры влияет увеличение продолжительности процесса крекинга.

Основной недостаток данного процесса – это низкая скорость протекания и не очень высокое повышение октанового числа бензиновой фракции.С10Н-кокс.

- каталитический крекинг – крекинг с применением катализатора. Для такого вида крекинга применяются твёрдые катализаторы, имеющие кислотный характер.

nAl₂O₃*mSiO₂*gH₂O – гидротированный алюмосиликат

Катализатор повышает скорость, повышая число разветвлёний углеводородов и повышая количество ароматических углеводородов.

Каталитический реформинг.

Реформингу подвергаются лёгкие фракции. Его проводят на платиновом катализаторе при 1200 градусах Цельсия, Н=36444 кДж/м³ ;по интерполяциям определяем, что температура топливных газов равна 1144 градусов Цельсия.

Коксование твёрдых топлив.

С₁₀Н-кокс

Кокс – восстановитель в чёрной металлургической промышленности.

На 1 тонну выплавляемого чугуна кокса необходимо около 800 кг.

Пористость кокса составляет 49-53%, имеет невысокую насыщенную плотность, углерода в коксе 96,5%. Также кокс применяют в электродном производстве. Процесс коксования происходит 18 часов. При первоначальном нагреве из угля испаряется вода и с поверхности угля десорбируются газообразные углеводороды(СН₄ и N₂). При последующем нагреве (200-300 градусов) отщепляются СО и СО₂ (происходит разложение кислородосодержащих соединений). Образуется пирогенетическая вода. Затем, при 350-450 градусах, начинается выделение паров каменноугольной смолы. Уголь переходит из сыпучего в пластическое соединение. Интенсивно выделяются газообразные углеводороды до температуры, равной 550 градусов. Масса твёрдой части угля уменьшается; происходит вторая реакция, в ходе которой образуется много Н₂, СН₄, С₆Н₆.

Полуокись – твёрдая фаза при 500-550 градусах Цельсия. Следущая стадия происходит при температуре в 800 градусов. Происходит уменьшение твёрдой массы угля. Внутри кокса образуются поры. Завершается процесс при температуре 900-1000 градусов, уменьшается объём кокса, он отстаёт от стенок и выталкивается из аппарата в виде готового продукта. Охлаждают кокс либо инертным газом, либо водой.

Существует 2 типа коксового газа:

- прямой (выходит из печки),

- обратный (после выделения из него некоторых компонентов).

Сначала газ надо охладить. Он имеет температуру при выходе из батареи 700-750 градусов; метод прямого теплообмена (в каналы газосборника впрыскивают воду, которая испаряясь, охлаждает газ до температуры 80-90 градусов). Конденсируется каменно-угольная смола.

Туман – дисперсированные капельки жидкости в газе. Выделяют NH₃, а затем ароматические углеводороды. Для поглощения ароматики используют процесс абсорбции пылепоглотителями – маслами. Это является методом газификации.

Газификация твёрдого топлива.

Высоко-температурная окислительная переработка твёрдого топлива с целью получения горючих газовых смесей, 3 компонента: Н₂, СО, СН₄. В качестве окислителей выступают воздух, воздух, обогащённый кислородом, кислород, водяной пар или их смеси.

где 1-воздушный генераторный газ, 2-водяной генераторный газ,3-полуводяной газ. Окси- водяной газ – это когда вместо воздуха берут технический кислород.

Из твёрдого топлива получается газообразное топливо; Серосодержащее топливо позволяет получить газ без серы, потому что сера перейдёт в сероводород.

Виды идеальных генераторных газов.

1)если окислителем является воздух, то идеально-воздушный газ. Процесс не требует тепла, т.е. дельта Н=218,8кДж, однако минус в том, что %СО=34,7%(процент горючих компонентов).

2)более выгодный процесс, если окислителем будет водяной пар, где реакция идёт с поглощением теплоты дельта Н= 431,4кДж, но «+» в том, что получаются 100% горючие компоненты.

3)

Коэффициент полезного действия газификации.

,где числитель – объём газа и теплота горения 1м³, а знаменатель – теплота, выделившаяся при сжигании 1кг топлива.

*Для случая идеального газа, реальный газ отличается побочными реакциями.

В случае воздушного газа:

В случае водяного газа необходимо учесть расход тепла на выделение водяного газа: