- •Кафедра химической технологии органических веществ химия и технология комплексной переработки органического сырья
- •Машиностроительно-технологический институт
- •240401.65 – Химическая технология органических веществ
- •1. Информация о дисциплине
- •Содержание дисциплины и виды учебной работы Объем дисциплины и виды учебной работы
- •1.1.1 Перечень видов практических занятий и контроля:
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (объем 200 часов)
- •Раздел 1. Процессы переработки твердых горючих ископаемых (48 часов)
- •Раздел 2. Процессы переработки нефтяного сырья (100 часов)
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.1. Тематический план дисциплины «Химия и технология комплексной переработки органического сырья» для студентов очно-заочной формы обучения
- •2.2.2. Тематический план дисциплины «Химия и технология комплексной переработки органического сырья» для студентов заочной формы обучения
- •2.4. Временной график изучения дисциплины
- •2.5. Практический блок
- •2.5.1. Практические занятия
- •2.5.1.1. Практические занятия (очно-заочная форма обучения)
- •2.5.1.2. Практические занятия (заочная форма обучения)
- •2.5.2. Лабораторный практикум
- •2.5.2.1. Лабораторные работы (очно-заочная форма обучения)
- •2.5.2.2. Лабораторные работы (заочная форма обучения)
- •2.6. Рейтинговая система оценки знаний Базисные рейтинг-баллы равны 100, в том числе:
- •Практические и лабораторные занятия, контрольная работа
- •3. Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект лекций Введение
- •Раздел 1. Процессы переработки твердых горючих ископаемых
- •Коксование каменных углей
- •1.2. Газификация твердых горючих ископаемых
- •Перспективы развития процесса
- •Подземная газификация
- •Основные свойства твердых горючих ископаемых, влияющие на их газификацию
- •Раздел 2. Процессы переработки нефтяного сырья
- •2.1. Первичные процессы переработки нефти
- •2.2. Вторичные процессы переработки нефти
- •2.2.1. Термические процессы
- •2.2.2. Термокаталитические процессы
- •2.2.3. Гидрогенизационные процессы
- •Промышленное оформление гидрокрекинга
- •Раздел 3. Основные направления переработки природных и попутных газов
- •3.1. Природный газ.
- •3.2. Попутные газы
- •Заключение
- •3.3. Учебное пособие
- •3. 4. Глоссарий (краткий словарь терминов)
- •3.5. Методические указания к выполнению лабораторных работ Техника безопасности при работе в химической лаборатории Общие правила работы в химической лаборатории
- •Лабораторная работа № 1
- •1.1. Определение плотности пикнометрическим методом
- •1.2. Определение кислотности
- •Определение кислотности бензинов, лигроинов, керосинов и дизельных топлив
- •Лабораторная работа № 2
- •2.1. Качественный метод определения воды в маслах
- •2.2. Количественные методы определения воды
- •2.3. Определение содержания механических примесей
- •Выбор величины навески для разных нефтепродуктов
- •2.4. Определение содержания золы
- •2.5. Качественное определение водорастворимых кислот и щелочей
- •Лабораторная работа № 3
- •3.1. Определение кинематической вязкости в капиллярных вискозиметрах
- •Аппаратура
- •3.2. Определение показателя преломления
- •Лабораторная работа № 4
- •4.1. Определение содержания непредельных углеводородов
- •4.2. Определение йодного числа
- •Лабораторная работа № 5
- •5.1. Метод анилиновых точек.
- •5.2. Определение содержания ароматических углеводородов весовым способом
- •Лабораторная работа № 6
- •Определение содержания влаги
- •Определение выхода летучих веществ
- •Определение содержания серы
- •4. Блок контроля освоения дисциплины
- •4.1. Задания на контрольную работу и методические указания к ее выполнению
- •Задания на контрольную работу
- •Вариант 12
- •Вариант 17
- •Тест № 2
- •Тест № 3
- •Правильные ответы на тренировочные тесты промежуточного контроля
- •4.3. Итоговый контроль Вопросы к экзамену
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5
Раздел 1. Процессы переработки твердых горючих ископаемых
При работе с данным разделом Вам предстоит:
1. Изучить две темы:
а. Коксование каменных углей;
б. Газификация твердых горючих ископаемых.
2. Выполнить лабораторную работу «Анализ нефтяного кокса», руководствуясь «Методическими указаниями к выполнению лабораторных работ» (с.108…141 УМК).
3. Ответить на вопросы для самопроверки.
4. Ответить на вопросы промежуточного теста № 1.
Коксование каменных углей
Целевое назначение процесса коксования – производство металлургического кокса. Каменный уголь специальных марок (коксующийся уголь) или смесь углей (шихту) нагревают без доступа воздуха примерно до 1000 оС в специальных коксовых печах.
Коксование сопровождается глубокими химическими превращениями органической массы углей, при которых, как и в процессах термического расщепления нефтепродуктов, образуются кокс, жидкие продукты коксования и газ. Уголь беднее водородом, чем нефть, и поэтому выход кокса очень велик (75-80 %), а выход жидких продуктов незначителен (4-5 %).
Органическая масса углей состоит из углеводородов, кислород-, серо- и азотсодержащих соединений сложного строения. Последние три класса веществ разлагаются при коксовании с выделением воды, оксидов углерода, Н2S, сероуглерода, аммиака, а также низших кислород-, серо- и азотсодержащих органических соединений (фенол, тиофен, пиридин и их гомологи) и их более сложных аналогов с конденсированными ядрами. Углеводороды, первоначально содержавшиеся в угле и полученные при разложении веществ других классов, подвергаются глубоким химическим превращениям. В их основе лежат те же реакции пиролиза и ароматизации, как и при термических превращениях нефтепродуктов. В результате получается широкая гамма ароматических углеводородов: бензол, толуол, ксилолы, три- и тетраметилбензолы, нафталин, антрацен, фенантрен, их гомологи и еще более многоядерные углеводороды. Высокая температура коксования обусловливает полную ароматизацию образующихся жидких продуктов: в них содержание соединений других классов (олефинов) не превышает 3-5 %.
Коксовый газ обогащен термодинамически более стабильными углеводородами и водородом. В нем содержится 60 % водорода, 25 % метана и 2-3 % этилена. Как органическое сырье он интереса не представляет, его используют как газообразное топливо и для получения водорода.
Процесс коксования угля происходит в камерных печах, обогреваемых через стенку топочными газами. С целью более равномерного нагревания шихты камеры делают узкими (400-450 мм) и располагают несколько десятков таких камер параллельно друг другу. Так получается коксовая батарея, в которой между парой камер имеются обогревательные простенки для движения горячих топочных газов.
Коксовый газ, выходящий из печи, содержит пары летучих органических соединений, воды, аммиака. Дальнейшая переработка газа состоит в конденсации малолетучих веществ и улавливании NH3, пиридиновых оснований и несконденсировавшихся соединений.
Ароматические соединения, образовавшиеся при коксовании, находятся в каменноугольной смоле и в сыром бензоле. Выход каменноугольной смолы составляет 32-34 кг, а сырого бензола – 10-11 кг на 1 т сухого угля. Выделение и очистка ароматических соединений проводятся на широких или более узких фракциях, полученных при ректификации продуктов. В случае сырого бензола и смолы коксования одной из стадий является выделение фенолов путем обработки фракций водным раствором щелочи, а из щелочного раствора фенолы регенерируют при помощи диоксида углерода:
Ar + NaOH = ArONa + H2O; 2ArONa + H2O + CO2 = 2ArOH + Na2CO3 .
Этот коксохимический метод был первым для получения фенола, крезолов и ксиленолов.
Следующим этапом является очистка фракций от олефинов. Так как в коксохимических продуктах содержание олефинов невелико, применяется сернокислотный способ, состоящий в обработке фракций 90-93 %-й H2SO4. При этом часть олефинов дает кислые алкилсульфаты и переходит в кислый слой, а остальные полимеризуются. Заключительной стадией процесса очистки является ректификация, целью которой является получение товарных продуктов.
Для выделения ароматических углеводородов с конденсированными циклами (нафталин, антрацен, фенантрен) используется метод кристаллизации. Из антраценовых фракций каменноугольной смолы (270-330 оС) сплавлением с КОН и последующим гидролизом выделяют ценное для органического синтеза вещество – карбазол.
Нафталин до сих пор получают из нафталиновой фракции каменноугольной смолы (210-230 оС). Ее кристаллизуют в охлаждаемых водой барабанных кристаллизаторах. Сырой продукт отжимают от масел при нагревании на гидравлических прессах, получая так называемый прессованный нафталин (температура кристаллизации не менее 78 оС, содержание нафталина 96-98 %). После обработки H2SO4 и перегонки получают чистый кристаллический нафталин.
Вопросы для самопроверки
Назовите целевое назначение процесса коксования каменного угля.
Приведите соотношение между выходом кокса и жидких продуктов при коксовании каменного угля.
Какие процессы лежат в основе превращения углерода каменного угля?
Какие арены получаются при коксовании каменных углей?
Каков состав коксового газа?
Какое оборудование используется для оформления процесса коксования каменного угля?