Мұнай бензолының сапасына қойылатын негізгі талаптар (мест 9572-77)

Көрсеткіштер	Бензол маркалары
	Жоғары тазалық үшін	синтез үшін	нитрациялау үшін
Фракциялық құрам: 95% (көл.) айдалады, 0С көп емес	-	0,6	0,8
Үлгілер шкаласындағы күкірт қышқылының түсі, көп емес	0,1	0,1	0,2
Құрамындағы тиофеннің мөлшері, % көп емес:	0,00005	0,00015	0,0002
Құрамындағы жалпы күкірттің мөлшері, % көп емес:	0,00005	0,0001	0,0002
Құрамындағы негізгі заттың мөлшері, % көп емес:	99,9	99,7	-
Құрамындағы н-гептан қоспасының мөлшері, % көп емес:	0,01	-	-
Құрамындағы метилцикло-гексан+толуол қоспасының мөлшері, % көп емес:	0,05	-	-
Құрамындағы метилцикло-пентан қоспасының мөлшері, % көп емес:	0,02	-	-
Құрамындағы толуол қоспа-сының мөлшері, % көп емес:	-	0,03	-

Егер нафталинді тетралин немесе декалиннің синтезі үшін құрамында никель бар катализаторларда гидрлеуге немесе сульфирлеуге немесе нитрлеуге ұшыратса, нафталиннің сапасына өте жоғары талаптар қойылады. Сондықтан аталған процестер үшін "тазартылған сұрыптағы" нафталин қолданылады. Бірақ фталь ангидриді синтезі үшін тазартылған нафталинді қолдану міндетті емес. Нафталиннің техникалық сұрыптары жиі қолданылады.

Ароматты көмірсутектерді талдау үшін талдау жұмыстары қандай мақсатта орындалатындығына байланысты әр түрлі жағдайларды қолдануға болады.

Осы күнгі талдау әдістері мынадай міндеттерді шешу үшін қолданылады:

• дайын өнімнің сапасын бақылау;

• ароматты көмірсутектер қоспасындағы жеке заттардың мөлшерін анықтау,

• құрамында ароматты емес көмірсутектердің айтарлықтай мөлшері бар шикізат пен жартылай өнімдердегі жеке және жалпы ароматты көмірсутектердің мөлшерін анықтау;

• газ, ауа және судың құрамындағы ароматты көмірсутектердің өте аз мөлшерін анықтау.

Қоспадағы ароматты көмірсутектердің мөлшерін анықтау үшін химиялық және физикалық әдістерді қолдануға болады. Химиялық әдістер ароматты көмірсутектердің электрофильді орын басу реакцияларына қабілеттілігіне негізделген.

Ароматты және қаныққан көмірсутектердің физикалық қасиеттерінің ерекшеліктерін қолданатын әдістер кеңінен таралған. Мысалы, бензин фракцияларындағы ароматты көмірсутектердің мөлшерін анықтау үшін, ароматты көмірсутектердің анилинде өте жақсы еритіндігіне негізделген анилинде критикалық еру температурасын (анилинді нүкте әдісі) анықтау әдісі жиі қолданылады.

Ароматты көмірсутектерді топтық бағалаудың басқа да әдістері, мысалы, ароматты көмірсутектердің тығыздығы мен сыну көрсеткіштерін және циклоалканды, парафинді көмірсутектердің аталған көрсеткіштерін анықтау үшін қолданылады.

Ароматты (С_ар), циклоалканды (С_ц) және парафинді (С_п) құрылымдардағы көміртек үлесі мен сыну көрсеткіші n, тығыздық d және молекулалық масса (1/М) арасында сызықтық тәуелділік бар.

С_ар = а/М + в∆d +с∆n

мұндағы а, в, с - тұрақтылар; ∆d және ∆n – зерттелетін көмірсутек қоспасы мен n²⁰_D = 1,4750, d²⁰ = 0,8510, n⁷⁰_D = 1,4600, d⁷⁰ = 0,8280 болатын кейбір гипотетикалық парафинді көмірсутектердің тығыздығы мен сыну көрсеткіштерінің арасындағы айырмашылықтар.

Талдаудың спектральды әдістерін (әсіресе газ-сұйықтық хроматография әдісі) қолдану ароматты қосылыстардың құрылымын зерттеудің өте тиімді әдісі болып табылады. Олар аналитикалық мақсатта қолданылады.

Қазіргі кезде құрамында ароматты көмірсутектер бар қоспалардың да, ароматты көмірсутектер қоспасының да құрамын анықтаудың негізгі әдісі – газ-сұйықтық хроматография. Талдау әдісі бензол көмірсутектерінің сапасын бағалау үшін жасалған МЕСТ талаптарына енгізілген.

Әр түрлі елдердің стандарттарында ароматты көмірсутектердің сапасын сипаттау үшін төмендегі көрсеткіштер қабылданған:

• тығыздық, берілген температураға (әдетте 20⁰С) келтірілген тығыздықты анықтау жоғары ақпарат бермейді, себебі, бұл көрсеткіш технологиялық процесті сенімді бейнелейтін шама емес;

• қайнау шектері күрделі фракцияның қасиеті мен құрамы туралы анық мәліметтер береді, бірақ таза өнімдердің сапасын нашар сипаттайды;

• күкіртті қосылыстардың мөлшері; шикі бензолдағы, сонымен қатар нафталиндегі жалпы күкірттің мөлшері МЕСТ бойынша өнімнің өлшеп алған мөлшерін ауа ағынында жағу арқылы анықталады. Алынған күкірт диоксидін сутек пероксидімен үшоксидке дейін тотықтырады, ал алынған күкірт қышқылын көлемдік әдіспен анықтайды.

Тиофенді анықтау әдісі оның изатинмен әрекеттесуіне негізделген. Бұл кезде күкірт қышқылында еритін индофенин түзіледі. Әрі қарай қышқылдық қабаттың оптикалық тығыздығын өлшейді және тиофен мөлшерін градуирленген график арқылы есептейді.

Шикі бензолдағы және таза бензол көмірсутектеріндегі тиофен мен күкіртсутек газ-сұйықтық хроматография әдісімен жақсы анықталады. Осы әдіспен нафталин мен оның өндірісінің жартылай өнімдеріндегі тионафтенді тікелей анықтауға болады.

Қаныққан көмірсутектердің мөлшері хроматографиялық әдіспен сенімді анықталады.

Кристалдану температурасын анықтау ароматты көмірсутектердің тазалығын бағалаудың ең негізгі әдістерінің бірі болып табылады. Бұл бензол, нафталин, сонымен қатар барлық полициклді ароматты көмірсутектердің сапасын бағалауда негізгі параметр болады.

Кристалдану температурасын анықтауда ылғал әсер ететіндіктен үлгіні сәйкесінше дайындау керек, мысалы бензолды ылғалмен арнайы қанықтырады. Кристалдану температурасын төмендегі формула бойынша есептейді:

t_кр = t^′ + 0,09

мұндағы t_кр және t^′ - шынайы және табылған кристалдану температуралары; 0,09 – бензолда ылғалдың еруі салдарынан оның кристалдану температурасының төмендеуін ескеретін түзету.

Негізгі әдебиет 2[115-139]; 3[212- 240;267-274]

Қосымша әдебиет 9[234-246]

Бақылау сұрақтары:

1. Ароматты көмірсутектердің құрамындағы белгілі бір қоспалардың мөлшеріне қойылатын нормалар мен стандарттардағы шектеулер.

2. Арендердегі тиофенді анықтау әдісі.

3. Ароматты көмірсутектердің сапасын сипаттау үшін қабылданған көрсеткіштер.

4. Құрамында ароматты көмірсутектер бар қоспалардың құрамын анықтау әдістері.

Дәріс №13. Ароматты көмірсутектер өндірісінің қалдықтарын және ағын суларды тазалау.

Ароматты көмірсутектердің жоғары химиялық белсенділігі, олардың полярлы қосылыстармен донор-акцепторлы әрекеттесуі көмірсутектердің басқа класымен салыстырғанда олардың жоғары физиологиялық белсенділігі мен жоғары улылығын түсіндіреді. Басқа көмірсутектерге қарағанда ароматты көмірсутектер суда жақсы ериді, оңай аэрозольдер, эмульсиялар және суспензиялар түзеді. Ароматты көмірсутектерді өндіру мен тұтыну қарқыны артуда, әрі олар халық шаруашылығының әр түрлі салаларында кеңінен қолданылатындықтан ароматты көмірсутектердің жағымсыз әсерлерінен қорғану шаралары өте маңызды болып табылады.

Өнеркәсіптің химиялық және мұнайхимиялық салаларында да, сонымен қатар сәйкес химиялық өнімнің тұтынушысы болып табылатын химиялық емес салаларда да ароматты көмірсутектер шығарындылары болуы мүмкін. Химиялық өндірісте шығарындылар ыдыстарды "тыныстағандағы", ароматты көмірсутектер буларын "ауа" арқылы шығарғандағы шығындармен, сепаратор суы мен технологиялық ағынды су шығындарымен, төгілу және ағып кетулермен байланысты.

Химиялық емес салалардағы шығындар ароматты еріткіштер негізіндегі лакты пайдаланғанда ароматты көмірсутектердің булануымен, еріткішті регенерациялау шығындарымен, алюминий және темір құйма өндірістерінде өздігінен бірігетін электродты пайдаланғанда шайырлы заттар буларының бөлінуімен байланысты, сонымен қатар электродты өнімдер өндірісінде де ароматты көмірсутектер шығыны болады.

Құрамында ароматты көмірсутектер бар шығарындылар мен ағын сулар ауа мен су тазалау жүйесін жақсартқанда, технологиялық процестерді жетілдіргенде және жаңа экологиялық технологиялық процестерді жасағанда азаяды. Бұл процестерді қолданғанда құрамында ароматты көмірсутектер бар шығарындылар айтарлықтай азаяды немесе технологияны өзгерту салдарынан мүлдем болмайды.

Соңғы бағыт тазарту ғимараты құрылысына жұмсалатын жөнсіз шығындардан құтылуға және негізгі процестің техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартуға мүмкіндік береді.

Бензол, толуол және ксилолдардың ең үлкен шығын көзі резервуарлар мен қоймалардың "дем алуы" болып табылады. Сұйықтық үстіндегі бу-ауа қоспасында шикізат табиғаты мен температураға тәуелді көмірсутектердің тұрақты концентрациясы салыстырмалы түрде тез орнайды. Бу-ауа қоспасындағы бонзолды көмірсутектердің концентрациясын (С, г/м³) төмендегі теңдеумен есептеуге болады:

lg C = A ― B/T

мұндағы T – резервуардағы бу-ауа қоспасының температурасы, К; А және В – тұрақтылар, олардың мәндері әр түрлі өнімдер үшін төменде көрсетілген:

Көмірсутек	А	В
бензол	6,8059	1255,96
толуол	7,4629	1602,49
ксилолдар	6,8874	1561,08
үшметилбензолдар	7,5071	1765,19

30⁰С температурада ығыстырылып шығарылатын бу-ауа қоспасындағы көмірсутектердің орташа мөлшері ≈ 400 г/м³ құрайды, шамамен бензолдың жалпы массасының 1% мөлшері жоғалады. Бұл шығындарды азайту үшін төмендегі шараларды жүзеге асыру ұсынылады:

1. "бір кеңістікте" біріккен біртектес ыдыстар мен аппараттарды толық герметизациялау және орап байлау;

2. өнімдерді инертті газдың артық қысымында сақтау;

3. құбылмалы төбесі бар резервуарларды қолдану арқылы ыдыстардағы бос газ кеңістік аумағын азайту және булану жағдайын кеміту, булану бетін пластмасса түйiршiктермен, көбiктермен, эмульсиялармен жабу;

4. сыйымдылықтарды толық оқшаулап және сақтандырғыш түске бояу арқылы ыдыстар мен қоршаған орта арасындағы температура айырмасын азайту;

5. аэродинамикалық қорғаныс жасау;

6. қойманы толтырғанда бумен қанығатын, ал босатқанда ыдыстың газ кеңістігіне буды қайтаратын адсорбенттері бар түтікті құрылғы орнату.

Өндірістік практикада ауаға шығарылатын пайдаланылған газдың құрамындағы ароматты көмірсутектер суытылған сольвентпен адсорбциялау арқылы, сонымен қатар конденсаторлардан кейін тұз ерітіндісімен суытылатын қосымша мұздатқыштарды ректификациялау жүйелерін орнату арқылы аластатылады. Соңғы схеманың ерекшелігі – қосымша жұтқыш агенттер қажет болмайды.

Ағын сулардағы ароматты көмірсутектердің мөлшері эмульсия мен суспензия түзілгендіктен физикалық ерігіштіктен басым болатын мәнге жетуі мүмкін. Іс жүзінде ерімейтін полициклді ароматты көмірсутектер суда ұсақ дисперсті жүзінділер (мысалы, нафталин) түрінде болады. Оларды аластату үшін мынадай әдістерді қолдану ұсынылады.

Белсендендірілген көмірде адсорбциялау арқылы бензол мен нафталин бөлініп алынады. Бөліп алу дәрежесі – 80-95%; көмірдің қанығу дәрежесі 1,5-2,0% құрайды.

Бензол мен оның гомологтарының сумен оң азеотропты қоспалар түзу қабілеті суды айдау арқылы бұл көмірсутектерді толығымен бөліп алуға мүмкіндік береді (ароматты көмірсутектерді азеотропты айдау). Ароматты көмірсутектерден аластатылған су циклге қайта оралады (20-сурет).

Ағын сулардан еріткіштермен экстракциялау стирол, этилбензол, сонымен қатар нафталин мен полициклді ароматты көмірсутектерді бөліп шығару үшін қолданылады. Еріткіш ретінде суда шектеулі еритін петролей эфирі, бензиндердің әр түрлі фракциялары, сонымен қатар жұтқыш және соляр майлары (коксхимиялық өнеркәсіпте) қолданылады.

Сұйытылған ағын сулардағы ароматты көмірсутектерді деструкциялау үшін биологиялық тазалау әдісі кеңінен қолданылады. Мысалы, биологиялық тазалауды құрамында бензол, толуол, ксиололдар және нафталин бар пиролиз цехының суын залалсыздандыру үшін, бензол мен оның гомологтарын, стирол мен α-метилстиролды, нафталинді деструкциялау үшін қолдануға болады.