Контрольные вопросы
1. Расскажите о распространении азота в природе. В чем заключается проблема связанного азота?
2. Дайте сравнительную оценку эффективности связывания азота различными промышленными способами. Приведите химизм процессов.
3. Назовите основные направления использования аммиака.
4. Каковы источники получения азота и водорода для синтеза аммиака?
5. Приведите химизм процессов конверсии метана.
6. В чем состоят особенности парокислородной и паровоздушной конверсии аммиака?
7. Представьте технологическую схему паровоздушной конверсии метана. Дайте ее описание.
8. Объясните необходимость очистки природного и конвертированного газа. Приведите химизм процессов очистки.
9. Расскажите о катализаторах конверсии метана.
10. Сделайте анализ процесса синтеза аммиака с точки зрения термодинамики и кинетики.
11. Опишите промышленные условия синтеза аммиака. Какой катализатор используется в процессе?
12. Приведите технологическую схему процесса синтеза аммиака. Дайте ее описание.
13. Почему в производстве аммиака применяют циклическую схему?
Глава 11 переработка нефти
11.1. Общие сведения о нефти
Нефтью называют жидкое ископаемое топливо, распространенное в осадочной оболочке Земли. Термин «нефть» берет свое название от персидского «нафта», т.е. вытекающая, просачивающаяся.
Нефть – важнейшее сырье для нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и многих процессов органического синтеза.
С химической точки зрения нефть представляет собой сложную смесь алканов, циклоалканов, аренов, гибридных углеводородов (циклоалканоаренов), а также сернистых, азотистых, кислородных и металлоорганических соединений. Теплота сгорания нефти 43,7–46 МДж/кг.
Нефть и продукты ее естественного выхода на поверхность Земли изве-стны человечеству издавна. Асфальтены, битумы применялись в Вавилоне в качестве зажигательной смеси. В Древнем Египте, Риме, государствах Меж-дуречья и Ближнего Востока они применялись как вяжущие и гидроизоляци-онные материалы в строительстве дорог, акведуков и других сооружений.
В настоящее время путем перегонки из нефти получают бензин, реактивное и дизельное топливо, мазут, масла и т.д.
Разведанные мировые запасы нефти составляют 90–95 млрд. т, в т.ч. в Саудовской Аравии (22 млрд. т), Кувейте (9 млрд. т.), Иране (8 млрд. т.), России (6–8 млрд. т), Ираке (4,3 млрд. т), США (3,8 млрд. т). Прогнозируемые нефтяные запасы – 270–300 млрд. т.
В России крупнейшие месторождения нефти находятся в Западной Сибири, междуречье Волги и Урала, Республике Коми, на Северном Кавказе, а также в Восточной Сибири, на Сахалине и т.д.
11.2. Классификация нефтей
Нефти, добытые из различных месторождений, существенно отличаются друг от друга по физическим свойствам и химическому составу. По свойствам нефти определяют технологию ее дальнейшей переработки и прогнозируют качество получаемых из нее продуктов. Поэтому нефти классифицируют в зависимости от свойств и химического состава.
Разработаны различные классификации: химические, генетические (наследственные), промышленные, товарные и т.д.
Одна из классификаций разделяет нефти по плотности на пять типов:
0
– очень легкие, с плотностью
420
800 кг/м3;
1 – легкие, с плотностью 800 < 420 < 840 кг/м3;
2 – нефти со средней плотностью 840 < 420 < 880 кг/м3;
3 – тяжелые, с плотностью 880 < 420 < 920 кг/м3;
4 – очень тяжелые, с плотностью 420 > 920 кг/м3.
По содержанию серы все нефти разделяют на четыре вида:
0 – малосернистые нефти (с содержанием серы < 0,5 %);
1 – нефти средней сернистости (0,5 < S < 1%);
2 – сернистые нефти (1< S < 3 %);
3 – высокосернистые нефти (S > 3 %).
Во всем мире, в т.ч. и в России принята универсальная классификация, которую называют технологической. По ней все нефти делят на классы (по доле серы в самой нефти и в получаемых из нее при разгонке бензине, реактивном и дизельном топливе). Второе деление осуществляют по типам (характеризует долю светлых фракций в нефти, выкипающих до 350 оС). Отнесение нефти к той или иной группе проводят по потенциальному содержанию в ней базовых масел, к подгруппе – по индексу вязкости этих базовых масел. Рубрика вид определяет содержание твердых парафинов в нефти. Данная классификация приведена в таблице 11.1. Анализируя данные таблицы 11.1, можно сделать ряд выводов.
Малосернистая нефть содержит не более 0,5 % серы при ограничении ее количества в бензиновой и реактивно-топливной (РТ) фракциях 0,1 %, а в дизельной до 0,2 %. Это нефть первого класса. Если доля серы превышает указанные ограничения хотя бы в одном виде дистиллятного топлива, нефть не может считаться малосернистой.
Сернистая нефть содержит 0,5–2 % серы, при ограничении ее количества в бензине не более 0,1 %, в РТ – 0,25 % и в ДТ – 1 %. Если превышен хотя бы один показатель, нефть следует отнести к высокосернистой.
Высокосернистая нефть содержит более 2 % серы при ее концентрации в бензине более 0,1 %, в РТ – более 0,25 %, в ДТ – более 1 %. Если все дистиллятные фракции нефти содержат серы меньше, то ее относят к сернистой.
Данная классификация учитывает соотношение фракций в нефтях. По выходу светлых фракций нефти делятся на три типа, а по суммарному содер-жанию дистиллятных базовых масел – на четыре группы, в зависимости от значения индекса вязкости этих масел – на четыре подгруппы.
При доле твердых парафинов в нефтях < 1,5 % из этой нефти без депарафинизации можно получить РТ, зимнее ДТ с пределами кипения 200–350 оС и температурой застывания < -45 оC, а также индустриальные базовые масла.
Такую нефть называют малопарафинистой. Если в нефти имеется 1,5–6 % твердых парафинов и из нее без депарафинизации получают РТ и летнее ДТ с пределами кипения 240–350 оС и температуре застывания ниже -10 оС, то эту нефть называют парафинистой. Остальная нефть является высокопарафинистой.
На базе технологической классификации каждой нефти присваивается свой шифр, состоящий из пяти цифр, первая из которых соответствует номеру класса в технологической классификации, вторая – группе, третья – подгруппе, четвертая – типу, пятая – виду. В соответствии с этой классификацией Туймазинская нефть имеет шифр 2.2.3.3.2, Усинская – 2.2.3.2.3., Узеньская – 1.3.3.1.3, Самотлорская – 2.1.3.1.2. и т.д.