Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология переработки газового сырья. Лабораторный практикум
.pdf
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Р. А. Ахмедьянова, А. П. Рахматуллина, Л. М. Юнусова
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВОГО СЫРЬЯ
Лабораторный практикум
Казань
Издательство КНИТУ
2015

УДК [6.661.71+665.65](075.8)
Рецензенты:
д-р техн. наук
,
проф. каф. ТСМК КГАСУ
Нефтепромхим»
ISBN 978
-5-
7882
-
1708
-
6 © Р. А. Ахмедьянова,
А.
П. Рахматуллина,
© Казанский национальный исследовательский
Ахмедьянова, Р.А.
Химическая технология переработки газового сырья : лабораторный
практикум / Р.А. Ахмедьянова, А.П. Рахматуллина, Л.М. Юнусова; М-во образ.
и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во
КНИТУ, 2015. – 80 с.
ISBN 978-5-7882-1708-6
Даны рекомендации по выполнению лабораторных работ по
дисциплинам «Химическая технология переработки газового сырья»,
«Основы химии и технологии производства диеновых и олефиновых
мономеров», «Технология нефтехимического синтеза». Приведены
главные теоретические положения, лежащие в основе проводимых
реакций, методики выполнения синтезов, методы контроля за ходом
процесса и анализа образующихся продуктов, расчета основных
показателей процессов получения мономеров для полимерных
материалов и других продуктов нефтехимического синтеза.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению
18.04.01 «Химическая технология» по программам подготовки:
«Газохимические технологии производства сырья для полимеров»,
«Химическая технология синтетического каучука», «Химия и технология
мономеров».
Подготовлен на кафедре технологии синтетического каучука.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического
университета
Л. А. Абдрахманова
зав. отд. ОАО «НИИ
канд. хим. наук Г. М. Рахматуллина
Л. М. Юнусова, 2015
технологический университет, 2015
2

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
БД – бутадиен
БЧ – бромное число
ГЖХ – газожидкостная хроматография
ГПЭБ – гидропероксид этилбензола
ДМД – 4,4-диметилдиоксан-1,3
ИА – изоамилены
ИПС − изопропиловый спирт
ЛВЖ − легковоспламеняющаяся жидкость
МД – 4-метилдиоксан-1,3
МТБЭ – метилтретбутиловый эфир
ПДК – предельно допустимая концентрация
ТМК – триметилкарбинол
ТО – триоксан
ЦНС − центральная нервная система
ФА – формальдегид
ЭБ – этилбензол
3

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время природный газ по объему запасов,
экономичности добычи и возможности использования,
экологическим свойствам является наиболее перспективным
ресурсом, способным обеспечить потребности человечества в
энергии и углеводородном сырье. Постепенное сокращение
нефтяных ресурсов на фоне продолжающегося быстрого роста
мирового потребления энергии и продуктов нефтехимии повышает
значение природного газа не только как источника энергии, но
и как сырья для производства химических продуктов и вторичных
энергоносителей. Поэтому переработка газового сырья является
одной из наиболее перспективных и динамично развивающихся
отраслей современного топливо-энергетического комплекса. В
ближайшие годы ее развитие будет в значительной степени
определять общие тенденции развития и структуру мировой
энергетики и химической промышленности.
Перед отечественной газохимией стоит большой комплекс
важнейших технико-экономических задач. В первую очередь это
разработка современных экономичных и технологичных процессов
конверсии газообразных углеводородов в жидкие энергоносители,
экологичеки чистые моторные топлива и сырье для химической
промышленности. На основе этих продуктов можно обеспечить
нашу страну углеводородным сырьем и топливом, получаемым на
основе природного газа, и реализовать экспорт отечественных
энергетических ресурсов на мировые рынки. На основе газового
сырья необходимо разработать новые химические процессы с
использованием всех компонентов природного газа. Продукция
газохимии потребляется практически всеми отраслями экономики
и является неотъемлемой частью любого современного общества,
выступая в качестве товаров конечного потребления и сырья для
дальнейшего передела как внутри самой нефтегазохимии, так и в
других отраслях экономики. Без этой продукции невозможно
обеспечение оборонной безопасности и экономической
независимости, а альтернативы ее использования во многих
изделиях военного назначения не существует. Кроме того, в
4

современных условиях нефтегазохимия является одной из
наиболее инновационноёмких отраслей не только нефтегазового
комплекса, но и всего промышленного производства.
Таким образом, вовлечение газообразных углеводородов в
традиционную переработку нефти и нефтяных остатков является
основной задачей ближайшего времени. Для решения вопроса
глубокой переработки, рационального и экономного
использования любого углеводородного сырья необходимо не
просто улучшать известные углубляющие процессы, а изменить
отношение к существующим технологиям.
При написании настоящего пособия авторы стремились
помочь студентам выработать навыки самостоятельной работы в
лаборатории, развить мышление исследователя-экспериментатора, научить правильному ведению рабочих тетрадей и
оформлению полученных результатов. Включены работы,
охватывающие наиболее распространенные процессы глубокой
переработки углеводородов в исходные продукты для синтеза
мономеров – дегидрирование углеводородов, конденсация
олефинов с формальдегидом, эпоксидирование ненасыщенных
соединений, окислительные методы синтеза мономеров и других
органических продуктов. В каждой работе приведены краткие
теоретические основы вышеперечисленных способов получения
продуктов, описание экспериментальных установок, порядок
выполнения, методики контроля и анализа образующихся
продуктов, расчет показателей процесса.
Основной целью учебного пособия является освоение
студентами способов и приемов, используемых в
газонефтехимическом синтезе, методов управления и контроля
процессами, расчета материальных балансов и показателей
процесса (конверсия, селективность, выход), а также
формирование общекультурных и профессиональных компетенций:
- культуры мышления, способности к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее
достижения;
5

- умения логически верно, аргументировано и ясно строить
устную и письменную речь, способности в письменной и устной
речи правильно (логически) оформить результаты мышления;
- способности и готовности к кооперации с коллегами, работе
в коллективе;
- способности проведения технических и технологических
расчетов;
- готовности к исследованию причин брака в производстве и
разработке предложений по его предупреждению и устранению;
- способности и готовности осуществлять технологический
процесс в соответствии с регламентом и использовать технические
средства для измерения основных параметров технологического
процесса, свойств сырья и продукции;
- способности обосновывать принятие конкретного
технического решения при разработке технологических процессов,
выбирать технические средства и технологии с учетом
экологических последствий их применения;
- понимания правил техники безопасности, производственной
санитарии, пожарной безопасности;
- умения анализировать технологический процесс как объект
управления;
- владения основами процессов получения, выделения и
очистки мономеров с целью обеспечения эффективного
протекания реакций полимеризации и обеспечения качества
синтезируемых полимеров.
6

Лабораторная работа 1
Получение изопрена дегидрированием изоамиленов на
железооксидном катализаторе
Теоретическое введение
Под дегидрированием понимают химические процессы,
сопровождающиеся отщеплением от органического соединения
молекулы водорода при температурах от 200 до 650 ºС.
Конкретная температура зависит от типа исходного вещества и
определяется термодинамическими особенностями процесса.
В зависимости от типа связей между атомами, от которых
отщепляют водород, различают С−С, С−О и С–N дегидрирование.
При С−С дегидрировании образуются олефиновые и диеновые
углеводороды.
Процессы дегидрирования являются одними из наиболее
крупнотоннажных в промышленности основного органического
синтеза. Дегидрированием спиртов получают альдегиды и кетоны,
такие как ацетальдегид, формальдегид, ацетон, метилэтилкетон и
др. Путем дегидрирования в больших масштабах производят
непредельные углеводороды, являющиеся мономерами для синтеза
высокомолекулярных соединений. К ним, прежде всего, следует
отнести стирол, метилстирол, дивинилбензол, бутадиен (БД) и
изопрен. Образование олефинов, диенов и арилолефинов идет в
более жестких условиях (500−600 ºС). Высокая температура и
низкое давление предопределяют осуществление процессов
дегидрирования в газовой фазе.
Отщепление молекулы водорода при дегидрировании
приводит к увеличению объема газов, поэтому, согласно принципу
Ле-Шателье, повышению конверсии благоприятствует низкое
давление. По этой причине для процессов дегидрирования
выбирают давление, близкое к атмосферному, а в некоторых
случаях процесс проводят в вакууме. Для смещения равновесия в
нужном направлении используют разбавление реакционной смеси
инертным газом или паром, приводящее к снижению парциального
7

давления реагентов. На практике чаще используют перегретый
водяной пар. Это обусловлено простотой отделения воды от
продуктов реакции и высокой теплоемкостью пара, позволяющей
ему выполнять роль разбавителя и теплоносителя.
В условиях высоких температур одновременно с
образованием продукта дегидрирования вероятно образование
продуктов крекинга, конденсации и изомеризации. В связи с этим
большое значение для реакции имеет селективность. С целью
максимального снижения выхода побочных продуктов процессы
дегидрирования ведут в присутствии селективных катализаторов.
Независимо от выбора катализатора на селективность
дегидрирования существенно влияют температура и время
контакта. Обычно чем ниже температура, тем выше селективность.
Время контакта должно быть минимальным. На практике время
контакта колеблется от долей секунд до нескольких секунд.
Для дегидрирования используют катализаторы, в состав
которых входят металлы VIII группы (Fe, Co, Ni, Pt, Pd), металлы I
группы (Cu, Ag) и оксиды металлов (Fe2O3, ZnO, MoO, Cr2O3). Для
процессов дегидрирования парафиновых углеводородов
наибольшее применение имеют алюмохромовые катализаторы,
промотированные оксидом калия и модифицированные оксидом
кремния. Для дегидрирования спиртов наибольшее
распространение получили катализаторы на основе металлической
меди, железо-молибденовые и серебро на носителе.
Применяемые при дегидрировании катализаторы склонны к
потере активности в ходе их эксплуатации, что может быть
обусловлено как наличием примесей в сырье, так и влиянием
побочных продуктов. После некоторого периода работы
катализатора он подвергается регенерации обычно путем
выжигания отложений кислородсодержащим газом в самом
контактном аппарате. Общий срок службы катализатора обычно не
превышает 1–2 лет, после чего он заменяется
свежеприготовленным.
В промышленности для проведения процессов
дегидрирования используют реакторы двух основных типов:
8

изотермические и адиабатические. Для дегидрирования спиртов
наибольшее распространение получили адиабатические реакторы
со стационарным слоем катализатора, для дегидрирования
алкилароматических углеводородов в равной мере применяют
адиабатические реакторы и изотермические типа
кожухотрубчатого теплообменника, при дегидрировании
парафиновых углеводородов в последние десятилетия в нашей
стране используют реакторы с псевдоожиженным слоем
катализатора.
Одним из основных способов получения изопрена является
двухстадийное дегидрирование. На первой стадии
дегидрированию подвергается изопентановая фракция, далее
продукты первой стадии (70-80 % изомеров метилбутенов
(изоамилены), непревращенный изопентан, пентан, пентены и
небольшие количества пипериленов, изопрена) направляются на
вторую стадию дегидрирования.
CH2CH CH C H
CH
3-м ет и лбутен-1
(альф а-и з оам и лен)
CH3CH C
2-м ет и лбутен-2
(бета-изоамил ен )
CH3CH2C CH
2-м ет и лбутен-1
(г ам м а-и з о ам и лен)
3
CH
CH
или суммарно:
CH
3
3
3
3
2
t, 0C
kat
CH2CH C CH
2-м ет и л-б у т ад и е н-1 ,3
(и зо п р е н)
CH
2
3
+
H
2
9

iC5H
10
изоамилены
iC5H
8
изопрен
+
H
2
Процесс дегидрирования изоамиленов в изопрен протекает
на неподвижном слое железооксидного катализатора в
присутствии водяного пара. Водяной пар выполняет 3 функции:
во-первых, снижает парциальное давление углеводородов, тем
самым смещает равновесие в сторону образования целевого
продукта; во-вторых, играет роль теплоносителя и, в третьих,
участвует в регенерации катализатора. При этом протекают
побочные реакции: скелетная изомеризация н-амиленов;
изомеризация с перемещением двойной связи изоамиленов и намиленов, дегидрирование н-амиленов, димеризация изопрена,
циклизация пиперилена, крекинг изоамиленов.
CH2CH CH
CH
CH
3
3-метилбутен-1
(альфа-изоамилен)
3
CH3CH2CH2CH2CH
CH3CH CH CH2CH
3
3
CH3CH C
CH
CH
3
2-метилбутен-2
(бета-изоамилен)
CH3CH2C CH
CH
3
2-метилбутен-1
-
CH2CH CH CH CH
H
3
2
2
H
+
2
CH3CH2CH
CH
3
+
CH
4
CH2CH
CH2CH CH CH
+
2
3
CH
3
CH2CH CH
2
3
(гамма-изоамилен)
CH CH
CH2CH CH
+
+
3
H
2
В процессе работы катализатор коксуется, в результате чего
активность катализатора снижается, увеличивается содержание
СО2 в контактном газе. Для восстановления активности
катализатора периодически проводят регенерацию катализатора
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
