3 Анализ

Прямое использование веществ, входящих в состав газа; присоединением ним кислорода (окисление), хлора (хлорирование), воды (гидрирования), присоединением к молекулам групп СН, СnНm, (алкирование), изменением структуры молекул (изомеризация), соединением многих простых молекул в сложные (полимеризация) [12].

Крекинг углеводородов, входящих в состав газов для получения непредельных углеводородов.

Крекинг нефтепродуктов. Выход бензина из нефти можно значительно увеличить (до 65-70 %) путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой процесс называется крекингом (от англ. Crаck- расщеплять). Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле [11].

При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг – заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакции активизируются, когда вводятся катализаторы. Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина используется в раздробленном состоянии, в виде пыли. Углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

Конверсия — взаимодействие с водяными парами для получения окиси углерода и водорода.

Окисление углеводородов. В результате этих процессов из газов можно получать самые разнообразные продукты.

Более половины потребляемого газа используется для получения чугуна, стали, проката, цветных металлов, штамповки для машиностроения, минеральные удобрения. Эффективно применение газа в качестве химического сырья [11] .

4. Применение новых опорных знаний

Крекинг. Процесс крекинга происходит с разрывом углеводородных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов [11]:

С16Н34 + С8Н18 + С8Н16

гексадекан октан октен

Образовавшиеся вещества могут разлагаться далее:

С8Н18 + С4Н10 + С4Н8

октан бутан бутен

С4Н10+ С2Н6 + С2Н4

бутан этан этилен (этен).

Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для производства полиэтилена и этилового спирта. Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму.

В начале образуются свободные радикалы:

СН3 – (СН2)6 – СН2:СН2 – (СН2)6 – СН3 t

t CН3 – (СН2)6 – СН2 . + . СН2 – (СН2)6 – СН3

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в различных реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом водорода (а), а другой – присоединяет (б):

а) CН3 – (СН2)6 – СН2 . СН3 – (СН2)5 – СН=СН2 + НО 1-октен

б) CН3 – (СН2)6 – СН2 . + СН3 – (СН2)6 – СН3 октан

Конверсия. Аммиак получают прямым синтезом из составляющих его элементарных веществ, для этого смесь азота и водорода в соотношении N2:Н2  = 1:3 (азотоводородная смесь) пропускают через катализатор.

Реакция синтеза аммиака [11]:

N2 + 3H2        3NH3 + Q.       (3.1)

Основным сырьем для получения азотоводородной смеси является природный газ, содержащий 90…98% метана. Процесс состоит в такой обработке смеси природного газа, воздуха и водяного пара, в результате которой происходит конверсия (взаимодействие) метана с водяным паром (пароводяная конверсия):

СН4 + Н2О    3H2 + CO – Q,           (3.2)

и конверсия метана кислородом воздуха (кислородная конверсия):

CH4 + 1/2O2  2H2 + CO + Q.           (3.3)

При взаимодействии образовавшейся газовой смеси с парами воды происходит конверсия окиси углерода:

СО + Н2О      H2 + CO2 + Q.           (3.4)

При этом процесс ведут так, чтобы в конечной газовой смеси соотношение между азотом, поступающим с воздухом, и образующимся водородом составляло 1:3. После удаления из газовой смеси двуокиси углерода получают азотоводородную смесь, из которой в присутствии катализатора образуется аммиак.

Химическую схему производства аммиака можно представить уравнениями (3.2) – (3.4) и (3.1).

Промышленные способы производства аммиака различаются в зависимости от рабочего давления каталитической реакции синтеза (3.1):

1) системы низкого давления (10…15 Мпа);

2) системы среднего давления (25…60 Мпа);

3) системы высокого давления (60…100 Мпа).

В большинстве случаев процесс осуществляют в установках, работающих при среднем давлении; при этом обеспечивается достаточно высокая скорость процесса синтеза аммиака и удачно решается аппаратурное оформление процесса выделения аммиака.

Наиболее важными направлениями в развитии производства аммиака являются увеличение единичной мощности производственного агрегата, создание энерго-технологических установок и снижение давления. При повышении единичной мощности производственного агрегата улучшаются технико-экономические показатели производства. Это также облегчает создание энерго-технологических систем, когда одновременно с химическим продуктом потребителям выдается товарная энергия [12].

Среди алифатических углеводородов (алканы) есть газообразные (с числом атомов углерода от 1 до 5), жидкие (с числом атомов углерода от 5 до 15) и твердые (с числом углеродных атомов 16). Первый в цепи алифатических углеводородов—метан—окисляется специфическими группами микроорганизмов, не использующими других органических соединений за исключением метанола.

Окисление алифатических углеводородов, как простых, так и замещенных, возможно только в присутствии молекулярного кислорода. Кислород нитратов и сульфатов не обеспечивает первой стадии окисления, т. е. превращения парафина в соответствующий спирт. Микроорганизмы обладают ферментами оксигеназами, позволяющими им включать кислород непосредственно в углеводород, в результате чего образуется спирт, затем альдегид и соответствующая жирная кислота. Дальнейшее окисление протекает, как обычно, при окислении кислот с участием кофермента А [11].

Углеводороды, содержащие в своем составе фенильные и алкильные группировки (фенилалканы), могут быть использованы в качестве источников питания штаммами микобактерий, нокардий, микрококков и псевдомонад. Степень их доступности микроорганизмам зависит от числа и местоположения фенильных и алкильных групп.

Молекулы основных углеводородов циклопарафинового ряда состоят из метиленовых групп СН2, углеродные атомы которых связаны между собой в кольцо.

Среди всех углеводородов нафтеновые наиболее устойчивы к бактериальному воздействию. По-видимому, это объясняется особой химической прочностью молекулы, отсутствием двойных связей и боковых радикалов, которые ослабляли бы связь С-С [11] .