Химическая технология органических веществ (стр. 1 из 6)

Введение

В настоящее время в мире происходят постоянные изменения стратегий и методов, и проблематика исследования гидрокрекинга по-прежнему несет актуальный характер.

Анализ тематики гидрокрекинга достаточно актуален и представляет научный и практический интерес.

Характеризуя степень научной разработанности проблематики гидрокрекинга, следует учесть, что данная тема уже анализировалась у различных авторов в различных изданиях: учебниках, монографиях, периодических изданиях и в интернете. Тем не менее, при изучении литературы и источников отмечается недостаточное количество полных и явных исследований тематики гидрокрекинга.

Сущность данной работы состоит в оптимизации и упорядочивании существующей научно-методологической базы по исследуемой проблематике. Практическая значимость темы гидрокрекинга состоит в анализе проблем как во временном, так и в пространственном разрезах.

С одной стороны, тематика исследования получает интерес в научных кругах, в другой стороны, как было показано, сущесвтует недостаточная разработанность и нерешенные вопросы. Это значит, что данная работа помимо учебной, будет иметь теоретическую, так и практическую значимость.

Определенная значимость и недостаточная научная разработанность проблемы гидрокрекинга определяют научную новизну, если затронуть вопрос пуска данной установки, то это требует значительных капиталовложений, а затем и эксплутационных затрат.

1.Основы гидрокрекинга

Гидрокрекинг - один из самых быстроразвивающихся процессов нефтепереработки. Процесс позволяет путем подбора соответствующих катализаторов и параметров технологического режима получать практически из любого углеводородного сырья высокий выход широкого ассортимента высококачественных компонентов основных нефтепродуктов - сжиженных газов, реактивных и дизельных топлив, компонентов масел и др.

Отличие гидрокрекинга от гидроочистки в том, что он включает процессы, в которых более 10 % сырья подверглось деструкции с уменьшением размера молекул.

Процессы гидрокрекинга в зависимости от степени конверсии подразделяются на легкий (мягкий) гидрокрекинг (ЛГК) и глубокий (жесткий). Соответственно степень конверсии в первом случае составлю от 10 до 50 %, а во втором - более 50 %.

Первая группа процессов предназначена как для подготовки сырья для последующей переработки, так и для увеличения выхода «светлых » нефтепродуктов. Вторая группа процессов используется исключительно для повышения выхода «светлых» нефтепродуктов.

Гидрокрекинг нефтяных дистиллятов и остатков с целью получения «светлых» нефтепродуктов принадлежит к относительно новым деструктивным процессам переработки нефти. Широкое распространение этот процесс получил в США. Основное достоинство гидрокрекинга - возможность переработки как дистиллятного, так и остаточного сырья с получением высококачественных продуктов (сжиженных газов, высокооктановых бензинов, низкозастывающего дизельного и реактивного топлива). Гидрокрекинг - единственный вторичный процесс нефтепереработки, позволяющий заметно расширить ресурсы реактивного топлива.

Большинство процессов гидрокрекинга рассчитано на переработку дистиллятного сырья (тяжелые атмосферные и вакуумные газойли, газойли крекинга и коксования, деасфальтизаты). Гидрокрекинг характеризуется высокой селективностью и гибкостью: при незначительном изменении условий процесса существенно изменяется характер продуктов. Например, в процессе Unicracking на одном и том же катализаторе можно получать максимальные количества различных целевых продуктов только путем изменения условий фракционирования, темпе ратуры реакции и производительности.

Для получения максимального количества реактивного или дизельного топлива обычно используют одноступенчатую схему гидрокрекинга. По мере ухудшения качества сырья применяют двухступенчатую схему. При переработке сырья по двухступенчатой схеме выход дизельного или реактивного топлива меньше, чем при одноступенчатой. Однако двухступенчатая схема обладает большей гибкостью, что позволяет перерабатывать дистиллятное сырье любого качества, а также почти без изменения производительности установки переходить от выработки максимального количества дизельного топлива к выработке максимального количества реактивного топлива. Для получения максимального количества бензина обычно используют двухступенчатую схему гидрокрекинга. Однако в ряде случаев значительный выход бензина может быть достигнут и при одноступенчатой схеме с рециркуляцией остатка.

В современной нефтепереработке реализованы следующие типы промышленных процессов гидрокрекинга:

1) легкий гидрокрекинг вакуумных газойлей с целью облагораживания сырья каталитического крекинга с одновременным получением дизельных фракций;

2) гидрокрекинг вакуумных дистиллятов под давлением с целью получения моторных топлив и основы высокоиндексных масел;

3)гидрокрекинг нефтяных остатков с целью получения моторных топлив, малосернистых котельных топлив и сырья для каталитического крекинга.[203 стр,1]

2. Химизм гидрокрекинга

Процесс гидрокрекинга состоит главным образом из реакций каталитического крекинга иона карбония, катализируемых кислотными центрами, сопряженных с реакциями гидрирования. Вследствие большой склонности к образованию ионов третбутилкарбония образуется фракция С₄ с высоким содержанием изобутана.

2.2. Парафины

Реакция гидрокрекинга парафинов начинаются с образованием олефинов на металлических центрах и образованием ионов карбония из этих олефинов на кислотных центрах. Основными реакциям являются повсеместно протекающие реакции каталитического крекинга с последующим гидрированием и образованием изопарафинов.

2.2.1. Предполагаемый механизм гидрокрекинга парафинов

1. Образование олефина

2. Образование третичного иона карбония

3. Крекинг

4. Реакция иона карбония и олефина

5. Гидрирование олефина

Как правило, крупные молекулы реагента определенного типа, такого, как парафины, имеют тенденцию вступать в реакцию быстрее, чем молекулы меньших размеров. Это объясняется более благоприятным равновесным дегидрированием крупных молекул парафинов и более сильной адсорбцией этих крупных молекул парафинов и более сильной адсорбцией этих крупных молекул на центрах катализатора. Итоговым результатом является то, что крупные молекулы подвергаются крекингу при более низких температурах, чем мелкие.

2.2.2. Нафтены

Известно, что типовой реакцией гидрокрекинга нафтенов является реакция отщепления, в ходе которой метильные группы избирательно отсоединяются от циклопарафина без существенного изменения самого кольца. Обычно основным нециклическим продуктом является изобутан.

1. Образование иона карбония

2. Крекинг и изомеризация

3. Гидрирование

Особенностью этих реакций является отщепление С₃ и боковых цепей меньшего размера. Сюда входит миграция алкильных групп с формированием С₄ и более крупных ионов алкил карбония, которые затем отщепляются от кольца циклопарафина. Формирование ионов карбония из промежуточных соединений олефинов с последующей изомеризацией для формирования более стабильного иона карбония происходит в соответствии с ранее описанным механизмом гидрокрекинга нормальных парафинов. Соответственно, в продукте гидрокрекинга наблюдается высокое соотношение метилциклопентана к циклогексану.

2.2.3. Ароматические соединения

Во время гидрокрекинга алкилароматических соединений протекают различные реакции, включая реакции изомеризации, деалкилирования, отщепления, циклизации и миграции алкильных групп. Основными реакциями являются реакции деалкилирования и миграции алькильных групп. Реакции циклизации могут протекать в том случае, если боковая цепь алкильной группы достаточно велика для формирования бициклических соединений. В случае алкилбензолов расщепления кольца практически не происходит, и образование метана минимально.

Гидрокрекинг полициклических ароматических соединений отличается крайней сложностью механизма протекания реакций. Сюда входит перенос бутиловых групп, сформированных в ходе частичного гидрирования и расщепления колец, циклизация до более высокоциклических промежуточных соединений и последующий крекинг этих полициклических соединений.

1. Частичное гидрирование полициклической ароматики

2. Открытие одного из колец циклопарафина с получением боковой цепи бутила

3. Перенос боковой цепи алкильной группы в молекулу другого реагента

4. Открытие одного из колец циклопарафина с получением боковой цепи бутила