Каталитический реформинг. Облагораж бензина. Ароматизация.

Каталитический риформинг

Каталитический риформинг – процесс переработки бензина прямой гонки (низкооктанового бензина) в среде водорода с целью повышения октанового числа бензина или получения индивидуальных ароматических углеводородов.

В его основе лежат реакции дегидрирования нафтенов и дегидроциклизации (дегидрирование, сопряжённое с циклизацией) парафинов:

Каталитический реформинг проводят:

- при температуре 500ºС;

- в присутствии катализатора и большого количества водорода;

- под высоким давлением 2-4 МПа.

!!! Эти условия затрудняют протекание обратимых реакций конденсации ароматических углеводородов, идущих с отщеплением водорода и приводящих к отложению кокса на катализаторе.

Катализатором служит платина, нанесённая на фторированный оксид алюминия.

!!! Катализатор сохраняет свою активность в течение нескольких месяцев, после чего регенерируется.

В зависимости от цели процесса существует две разновидности каталитического реформинга:

- облагораживание бензина – получение бензина с высоким содержанием ароматических углеводородов и, как следствие, высоким октановым числом;

- ароматизация – получение ароматических индивидуальных углеводородов.

Облагораживание бензина

Для получения бензина с высоким октановым числом из прямогонного бензина ректификацией выделяется фракция с
t_кип. = 85-180ºС.

Технологическая схема облагораживания бензина со стационарным слоем катализатора заключается в следующем:

1) В связи с тем, что протекающие реакции являются эндотермическими смесь паров сырья и водорода пропускают последовательно через три реактора, заполненные катализатором, с промежуточным подогревом в трубчатых печах.

2) После конденсации паров бензина газ, содержащий более 90% водорода, промывают раствором моноэтаноламина для удаления сероводорода и высушивают цеолитом

Цеолит - искусственно полученный алюмосиликат со строго определённым размером пор. В них проникают и удерживаются лишь небольшие молекулы воды. Такой адсорбент называют молекулярным ситом.

3) Затем часть газа возвращают на смешение с сырьём.

Выход бензина, содержащего до 60% ароматических углеводородов и имеющего октановое число 95, составляет 80-85%.

 

Ароматизация

Технологический процесс риформинга, проводимый с целью получения индивидуальных ароматических углеводородов, не отличается принципиально по аппаратуре от процесса облагораживания бензина, но имеет ряд особенностей.

1. Сырьё - бензин прямой гонки – предварительно разгоняется на узкие фракции, каждая из которых ароматизируется отдельно.

Они образуются при чёткой ректификации прямогонного бензина на установке из нескольких ректификационных колонн:

- в первой удаляется в виде паров головная фракция с t_кип. = 60ºС;

- остальная часть перетекает в следующие колонны, где выделяются последовательно фракции для производства бензола (t_кип. = 62-85ºС), толуола (t_кип. = 85-115ºС) и ксилолов (t_кип. = 115-150ºС).

2. После проведения их раздельной ароматизации и конденсации паров, полученные ароматические углеводороды выделяются из ароматизированных фракций экстракцией этиленгликолем или диэтиленгликолем, в которых не растворяются алканы и нафтены.

Для этого на верхнюю тарелку ректификационной колонны подают растворитель (этиленгликоль) с температурой от 80ºС (для извлечения бензола) до 150ºС (для извлечения ксилолов), а ниже – соответствующий конденсат.

Из верхней части колонны, работающей под давлением, удаляют пары непрореагировавших парафинов и нафтенов, а вниз стекает раствор ароматических углеводородов.

В другой колонне из этого раствора отгоняют ароматические углеводороды, тогда как высококипящий растворитель вновь поступает на их извлечение.

3. Смесь ксилолов разделяется сверхчёткой ректификацией на ректификационной колонне с 320 тарелками.

Выход ароматических углеводородов при ароматизации составляет от массы бензина:

- бензол – 25%;

- толуол30%;

- ксилолы – 20-30%.

 

Производство стали мартеновским способом

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами.

Исходными материалами для производства стали служат жидкий или твёрдый передельный чугун, металлолом (скрап), высококачественная железная руда и флюсы.

Первая стадия - образование оксида железа (II) FeO..

2Fe + O₂ = 2FeO

Одновременно, высшие оксиды железа, содержащиеся в чугуне и стальном ломе, восстанавливаются железом:

Fe₂O₃ + Fe = 3FeO

Вторая стадия – окисление примесей (металлов и неметаллов) до оксидов.

Mn + FeO = MnO + F; Si + 2FeO = SiO₂ + 2F

2P + 5FeO = P₂O₅ +5Fe

Частично эти элементы окисляются и кислородом воздуха: 2Mn + O₂ = 2MnO Si + O₂ = SiO₂

Третья стадия – образование шлака.

Образовавшихся основные и кислотныеоксиды взаимодействуют с флюсами и превращаются в шлак.

В шлак частично переходит и сера, так как сульфид кальция не растворим в металле: FeS + CaO = FeO + CaS

Четвёртая стадия - окисление углерода до оксида углерода (II).

С ростом температуры до 1600ºС и выше начинается интенсивно окисляться углерод: FeO + C = Fe + CO

Пятая стадия – раскисление стали.

После достижения в расплаве установленного содержания углерода (менее 2%) шлак удаляют и вводят в сталь раскислители.

Одновременно с восстановлением оксида железа (FeO) происходит процесс перевода растворенного в стали кислорода в нерастворимые в металле оксиды и отделения их от стали: 2Mn + O₂ = 2MnO Si + O₂ = SiO₂

Образовавшиеся оксиды раскисляющих элементов переходят в шлак.

Выплавка стали в мартеновских печах

использование в качестве источника теплоты - реакций сгорания газообразного топлива (природный газ, смесь коксового и доменного газов) непосредственно в печи.

Исходными материалами для мартеновского процесса служат жидкий или твёрдый передельный чугун, металлолом (скрап) высококачественная железная руда и флюсы. Мартеновский процесс выплавки стали ведут в пламенных отражательных печах, в которых используют регенерацию теплоты отходящих газов. Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича В передней ее стенке находятся завалочные окна, через которые в печь загружают твердый чугун, металлический лом, заливают жидкий чугун, подают шлакообразующие материалы (флюсы) и различные добавки. В противоположной задней стене печи расположены выпускные отверстия, для удаления готовой стали и шлака.

Плавка в мартеновской печи делится на несколько стадий:

Первая стадия - завалка шихты.

Вторая стадия - прогрев шихты и заливка жидкого чугуна.

Третья стадия – плавление:

а) загруженные в печь материалы постепенно расплавляются, железо и другие примеси окисляются, образуются такие окислы, как FeO, SiO₂, MnO, P₂O₅, CO₂;

б) из этих окислов (негазообразных) и загружаемых в печь шлакообразующих материалов (флюса) — известняка, кварцита, плавикового шпата — формируется шлак;

в) по окончании плавления на подине печи располагается жидкий металл, покрытый слоем шлака.

Четвертая стадия – «кипение» стали.

На этой стадии происходит окисление углерода: С + ½О₂ = СОРоль этой реакции исключительно важна. Образующиеся в расплаве пузырьки окиси углерода через жидкий металл устремляются к его поверхности и увлекают за собой другие примеси, в частности газы, растворенные в металле. Поверхность металлической ванны в этот период напоминает кипящую жидкость.

Пятая стадия – доводка стали – раскисление и легирование.

 

ПРОИЗВ. КЕРАМИЧ. ИЗДЕЛИЙ.

Керамические изделия

Керамическими материалами или керамикой называют поликристаллические материалы и изделия из них, полученные спеканием природных глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других тугоплавких соединений.

Керамические изделия весьма разнообразны и могут быть классифицированы по нескольким признакам. По применению: строительные ( кирпич, черепица ); огнеупоры; тонкая керамика (фарфор, фаянс );

специальная керамика. По структуре и степени спекания: пористые или грубозернистые (кирпич, огнеупоры, фаянс); спекшиеся или мелкозернистые (фарфор, специальная керамика).

По состоянию поверхности: глазурованные и неглазурованные.

Сырьё В качестве сырья для производства силикатных керамических материалов используют вещества, обладающие свойством спекаемости.

Спекаемость – свойство свободно насыпанного или уплотнённого (сформованного в изделие) порошкообразного материала образовывать при нагревании до определенной температуры поликристаллическое тело – черепок.

Таким сырьём являются:

- пластичные материалы (глины);- непластичные и отощающие добавки (кварцевый песок);- плавни и минерализаторы (карбонаты кальция и магния).

Наиболее важными и крупнотоннажными керамическими материалами являются: строительный кирпич и огнеупоры. Производство строительного кирпича

Сырьё. Сырьём для производства строительного кирпича служат легкоплавкие глины состава Al₂O₃∙nSiO₂∙mH₂O, песок и оксиды железа (III).

!!! Добавка кварцевого песка исключает появление трещин, вследствие усадки материала, при сушке и обжиге и позволяет получить более качественную продукцию.

Технологический процесс производства кирпича может осуществляться в двух вариантах:

- пластическим методом, при котором смесь подготовленных компонентов сырья превращается в пластическую массу, содержащую до 25% воды;

- полусухим методом, при котором компоненты сырья увлажняются паром (до 10%), что обеспечивает необходимую пластичность массы.

Фактически, оба метода отличаются по количеству воды и методом подачи воды.