3.3 Көмірді каталитикалық гидрогендеу өнімдерінің химиялық құрамы

Көмірді сұйылту кезінде алынған гидрогенизаттар көмірсутектердің күрделі қоспасы болып табылады. Алынған өнімдердің жекелеме және топтық көмірсутектік құрамы туралы мәліметтер каталитикалық гидрогендеу процесіндегі көмірдің құрылымын түсінуге қосымша мағлұматтар береді.

Топтық сараптама көмегімен сұйық өнімдер құрамындағы көмірсутектерді парафинді, ароматты, нафтенді көмірсутектер топтарына біріктіре отырып, жеңіл анықтауға болады. Бірақ бензин фракциясының құрамын топтық сараптама көмегімен зерттеу жеткіліксіз. Сондықтан қайнау температурасы 180°С-қа дейінгі бензин фракциясының жекелеме көмірсутектік құрамы газды-хроматографиялық сараптама арқылы зерттелді.

Талдыкөл көмірін каталитикалық гидрогендеу барысында алынған бензин фракциясының хроматограммасы 6-суретте, ал сараптамасы 19-кестеде берілген.

6-сурет - Бензин фракциясының (катализатор - боксит 094)

хроматограммасы

19-кесте - Қайнау температурасы 180°С-қа дейінгі бензин фракциясының топтық көмірсутектік құрамы

Көмірсутектердің атауы	Мөлшері, %	Көмірсутектердің атауы	Мөлшері, %
н-бутан	0,1366	3,3,4-триметилгексан	1,5379
н-пентан	0,3093	2,2,3,3 -тетраметилпентан	1,4345
н-гексан	1,0861	2,3,3,4-тетраметилпентан	1,3683
н-гептан	5,837	2,3 - диметилгептан	1,668
н-октан	6,418	4-метилоктан	1,463
н-нонан	5,738	3,3 -диэтилпентан	1,444
н-декан	2,925	2,2,4,4-тетраметилгексан	0,24
3-метилпентан	0,4807	2,4,5-үшметилгептан	0.4952
2- метил гексан	0,4742	2,3,4-үшметилгептан	0,7382
2,3 -диметилпентан	0,7272	4-метил-4-этилгептан	0,7944
3-метил гексан	0,9129	3,4-диэтилгексан	0,1565
2,2-диметилгексан	1,5692	2,2,7-үшметилоктан	0,4282
2,5 -диметилгексан	0,834	2,3,4-триметил-3-этилпентан	0,5615
2,4-диметилгексан	1,435	2 метил-3,3-диметилпентан	0,2838
2,3,4-триметилпентан	0,6428	Бензол	1,525
2,3- метилэтилпентан	1,039	Толуол	4,148
4-метилгептан	2,11	Этилбензол	2,9128
3,4-диметилгексан	1,009	п-ксилол	0,7757
3.3 -метилэтилпентан	0,9311	м- ксилол	3,373
Циклогептан	1,6597	о-ксилол	2,685

19-кестенің жалғасы

Көмірсутектердің атауы	Мөлшері, %	Көмірсутектердің атауы	Мөлшері, %
2,2,3,4-тетраметилпентан	1,3985	І-метил-2-этилбензол	1,57
2,3,3,4-тетраметилпентан	1,4369	1,3,5-триметилбензол (мезитилен)	0,933
2,6-диметилгептан	1,173	1,2,4-триметилбензол (псевдокумол)	1,251
3,5-диметилгептан-1	0,7517	Этилциклопентан	0,0394
2,3,4-триметилгексан	1,109	Изопропилцикло-пропан	0.1522
1,1,2,2-тетраметилдиклопентан	0.344	1,3-этилметилциклопентан цис	0,604
Метилциклопентан	0.2013	1,3-этилметилциклопентан транс	0.4637
Циклогексан	0,2018	1,2,3-триметилциклопентан цис	1,008
1,1 -диметилциклопентан	0,6272	1,2,3-триметилциклолентан транс	0,6783
1,3-диметилииклопентан цис	1,409	1,1 -метилэтилциклопентан	0,6161
1,3-диметилциклопентан транс	1.256	Изо-пропилциклопентан	0,6479
1,2-диметилциклопентан транс	0,5156	1,2-метилэтилциклопентан	0,6098
Винилциклопентан	0,7411	этилциклогексан	0,2217
Диметилциклопентан	1,176	1 -метил-І-пропилциклопентан	0,0352
1,2,3-триметилциклопентан транс	0,5338	1-метил-Зн-пропилциклопентан транс	0,223
Метил циклогептан	0,2861	Гексен-2 цис	0.1155
1 -н-бутилциклопентан	0,3619	З-метилпентен-2 транс	0,2227
1-метил-З-н-бутилциклопентан цис	0,1469	4,4-диметилпентен-2 цис	0,192
1 -метил-3-н-бутилциклопентан транс	0,12	Триметилгексен-1	0,6498
4-метилпентен-2 цис	0,154	5-метилгексен-1	0,352

19-кестенің жалғасы

Көмірсутектердің атауы	Мөлшері, %	Көмірсутектердің атауы	Мөлшері, %
З-метилгексен-2 транс	0,975	Нонен-4 транс	0,6275
З-метилгексен-2 цис	0,325	циклогексен	0,4281
2,4,4-триметилпентен-1	0,5281	пиклооктен	0,2146

Октан саны бензиннің детонациялық тұрақтылығын сипаттайтын көрсеткіш. Ол сандық жағынан изооктан (2,2,4-триметилпентан) мен гептан қоспасындағы изооктанның пайыздық үлесіне тең шартты өлшем бірлік. Октан саны неғұрлым жоғары болса, бензиннің детонациялық тұрақтылығы да үлкен болады. Жеке көмірсутектердің детонациялық тұрақтылығы олардың химиялық құрылысына тәуелді. Бензиннің құрамында көміртек атомының саны 4-ке дейін болатын калыпты құрылысты алкандардың болуы жағымды, себебі осы көмірсутектердің үлесі артқан сайын октан саны да жоғары болады. Ал пентаннан бастап жоғары алкандардың детонациялық тұрақтылығы төмен. Олар тұтану алдындағы тотығу кезінде асқын тотық түзе отырып, жеңіл тотығып кетеді. Тармақталған құрылысты алкандардың детонациялық тұрақтылығы қалыпты құрылысты алкандарға қарағанда жоғары. Бір көміртек атомында қос метилдік тобы бар изомерлер көп болса, октан саны да үлкен болады. Ал алкендердің октан санын арттыруға қабілеттілігі алкандарға қарағанда күшті. Қос байланыстың молекула орталығына жақындауы октан санының артуына жағдай жасайды. Тармақталған құрылысты алкендер қалыпты құрылысты алкендермен салыстырғанда октан санын жоғарылатуға кабілетті. Бензол қатарындағы арендер октан санын арттырады. Циклоалкан катарының төменгі өкілдерінің (циклопентан, циклогексан) детонациялык тұрақтылыгы жаман емес. Қалыпты құрылысты бүйір тізбегі бар циклоалкандар октан санын төмендетеді, бүйір тізбегі ұлғайған сайын детонациялық тұрактылық та кемиді. Ал тармақталган құрылысты бүйір тізбегі бар циклоалкандардың бүйір тізбегі ұзарған сайын октан саны да артады. Катализаторлар көмірдің минералды бөлігі және боксит 094 қатысында көмірді гидрогендеу арқылы алынған бензин фракцияларының октан саны зерттеу әдісімен анықталды. Оның мәні сәйкесінше 67 және 69-ға тең. Жасанды мұнайдан алынған бензин фракциясының октан санының үлкен мәнге ие болуын 19-кестедегі бензин фракциясының топтық комірсутектік құрамы жайындағы мәліметтер толық көрсетеді.

Дизелді отынның негізгі эксплуатациялық сипаттамасы - оның тұтануы. Оны эталонды отындармен немесе химиялык құрамы бойынша бағалайды. Кең тараған әдістің бірі цетан саны көмегімен бағалау. Цетан саны - цетан (гексадекан) С₁₆Н₃₄ мен α-метилнафталин қоспасындағы цетанның пайыздық (көлем бойынша) үлесі. Қалыпты құрылысты алкандардың цетан саны тармақталған құрылысты алкандарға қарағанда жоғары болады. Цетан саны молекуладағы кос байланыстың саны артқан сайын кемиді. Нафталин гомологтарының тұтану қасиеті төмен, бензол гомологтарының цетан саны неғұрлым жоғары. Циклоалкандар мен бициклоалкандар тұтанғыштық қасиеттері бойынша алкандар мен арендер аралығындағы орынға ие.

Керосин фракциясының құрамына кіретін қайнау температурасы жоғары компоненттерді анализдеу бензин фракциясын анализдеумен салыстырғанда күрделі. Керосинді фракция құрамындағы көмірсутектерді толық идентификациялау іс жүзінде мүмкін емес. Газды-хроматографиялық сараптама көмегімен Талдыкөл көмірін гидрогендеу кезінде алынған қайнау температурасы 180-250°С керосин фракциясының хроматограммасы 7-суретте, сараптамасы 20-кестеде берілген.

7-сурет - Қайнау температурасы 180-250°С фракцияның

хроматограммасы

Хроматограммадағы ең күшті шыңдар қалыпты кемірсутектерге тән. Яғни, фракция құрамында алкандар тобы басым. Бұл зерттелген керосин фракциясының цетан санының жоғары екенін көрсетеді.

20-кесте - Қайнау температурасы 180-250°С фракциядағы (керосин-газойль) көмірсутектердің мөлшері

Көмірсутектер	Мөлшері, %
С10	6,954
С11	11,92
С12	16,48
С13	18,93
С14	17,32
С15	15,84
С16	8,843
С17	2,696
С18	0,535
С19	0,482

Газды-хроматографиялық сараптаумен қайнау температурасы 250-320°С мазут фракциясы зерттелді. Хроматограмманы сараптау барысында фракцияның қаныққан көмірсутектерге бай қоспа екені айқындалды. Бұл жағдай гидрогендеу процесінде қайнау температурасы 250-320°С фракцияны сутек доноры ретінде қолдануға толық мүмкіндік береді. Аталған фракцияның сутекке донорлық қасиетін зерттеу үшін тәжірибе жүргізілді. Көмір мен фракция 1:1 арақатынасында алынған жағдайда жалпы сұйық өнімдер шығымы 41,56%, оның ішінде бензин фракциясы 8,16%-ды, керосин фракциясы 7,48%-ды, мазут фракциясы 25,92%-ды құрайды.

Талдыкөл кен орны көмірін каталитикалық гидрогендеу процесіне жүргізілген зерттеулерді қорытындылай келе отырып, көмір пастасы органикалық массасының өзгерістерінің сызбанұсқасы жасалды.

Қайнау температурасы 250-320°С фракцияны пастатүзгіш орнына қолдануға әбден болады. Бұл гидрогендеу процесі технологиясының тиімділігін арттырады, әрі экономикалық тұрғыдан алғанда өте қолайлы екені айтпаса да түсінікті. Жалпы кен орны мұнай қорларынан алыс орналасқан аймақ. Тек Павлодар қаласында мұнай өңдейтін зауыт қызмет етеді. Аталған зауыттың мұнай өнімдерін қолданған күннің өзінде оны сатып алу, тасымалдау жұмыстарының өзі көп қаржыны талап етеді. Сондықтан қайнау температурасы 250-320°С фракцияны процеске қайта жіберу технологияның бағасын арттыратыны сөзсіз.

61