Лабораторна робота № 6.

1. ТЕМА: Піроліз гасу.

2. МЕТА: Визначити ефективність піролізу гасу порівнянням складу рідких продуктів піролізу і вихідного гасу. Вивчити вплив на процес пролізу різних факторів (швидкості подачі гасу або температури). Розрахувати вихід гасу і степінь перетворення.

Піроліз - найбільш жорстка форма високотемпературного термічного крекінгу. Його проводять для одержання найбільшої кількості газів, які служать вихідною сировиною для органічного синтезу, в тому числі і для синтезу високооктанових компонентів моторного палива і різних рідких продуктів з високим вмістом ароматичних вуглеводнів. Піроліз характеризується більш глибоким розкладом вуглеводнів нафти, ніж крекінг. Найменшою термодинамічною стійкістю із вуглеводнів нафти і її продуктів володіють парафінові вуглеводні, найбільшою - ароматичні; олефінові і нафтенові вуглеводні займають проміжне положення. Утворені в процесі крекінгу ненасичені вуглеводні при подальшому підвищенні температури в результаті реакцій циклізації і конденсації змінюють свою будову. При цьому утворюються циклічні вуглеводні - нафтени, які при високій температурі піролізу (720 °С), піддаючись реакції дегідрогенізації, дають вуглеводні ароматичного ряду по наступній спрощеній схемі:

парафінові —> ненасичені —> нафтенові —> ароматичні

Швидкість процесу піролізу і характер утворених продуктів залежать від властивостей тих чи інших вуглеводнів вихідної сировини, в тому числі молекулярної маси і від умов проведення процесу (особливо температури). Легка сировина дає більші виходи газу, тоді як піроліз тяжкої сировини збільшує вихід ароматичних вуглеводнів і рідких олефінів. Таким чином вибір сировини визначається, в основному, кінцевими продуктами піролізу.

На процес піролізу і вихід продуктів впливають такі фактори:

1. Природа вихідної сировини? З підвищенням молекулярної маси термічна стійкість всіх вуглеводнів падає і найбільшою стійкістю володіють такі низькомолекулярні сполуки, як метан, етан, бензол, толуол і інші. Встановлено, що чим нижча температура кипіння вихідного нафтопродукту, тим більший вихід ароматичних вуглеводнів спостерігається при піролізі. При піролізі легкої сировини вихід газу збільшується. Так при піролізі гасо-газойлевої фракції вихід газу становить 70 ваг. %, а при піролізі тяжкої сировини - приблизно 60 ваг. %.

2. Температура піролізу. З підвищенням температури швидкість розкладу насичених вуглеводнів зростає більше, ніж інших вуглеводнів, і це розщеплення йде, як правило, посередині молекули з утворенням парафінів і олефінів меншої молекулярної маси:

Утворені більш легкі насичені вуглеводні можуть таким же чином розпадатися на ще більш прості молекули. Ненасичені вуглеводні, які утворюються при високій температурі змінюють свою будову і перегруповуються в циклічні вуглеводні - нафтени. Наприклад

Нафтени, піддаючись реакції дегідрування при високій температурі пролізу (720-750 0С), перетворюються у вуглеводні ароматичного ряду. Наприклад

Газоподібні продукти піролізу містять ненасичені вуглеводні олефінового і диолефінового рядів, насичені вуглеводні і водень. Вихід газоподібних продуктів досягає 45 %, рідких - 50 %. Рідкі продукти містять велику кількість ароматичних вуглеводнів, які входять в склад легкого масла, яке одержується при перегонці смоли піролізу. Оптимальна температура піролізу 670-720 0С. Понижений температурний режим відповідає більшому виходу ксилолу. Вихід бензолу підвищується до 750 0С, після чого залишається майже постійним. Вихід толуолу досягає максимуму при 700 0С і при подальшому підвищенні температури падає. Підвищення або зниження температури у порівнянні з оптимальною зменшує вихід ароматичних вуглеводнів і змінює співвідношення між ними. Отже кожній температурі відповідає оптимальний час контакту, при якому одержується максимальна кількість цільового продукту. Піроліз рідкої сировини здійснюється при більш м'якому температурному режимі, ніж піроліз газів.

3. Час піролізу. Збільшення часу перебування вихідної сировини у зоні реакції підвищує вихід ароматичних вуглеводнів. Як правило, реакції, які відбуваються при піролізі є незворотними. Основна реакція - термічний розклад - як правило розглядається як гомогенна некаталітична мономолекулярна реакція першого порядку, яка протікає в газовій фазі. Константа її швидкості не залежить від тиску і є тільки функцією температури.

Склад смоли піролізу залежить в основному від температури процесу і часу контактування. Якість вихідної сировини майже не впливає на склад рідких продуктів. При перегонці сировини піролізу можна одержувати наступні фракції

Вихід легкого масла як правило складає 40-45 % від маси смоли, або 20-25 % від маси вихідної сировини. Із легкого масла ректифікацією одержують бензол, толуол і ксилол, сумарний вихід яких перевищує 10 % від маси вихідної сировини. Для видалення ненасичених вуглеводнів бензольні і толуольні фракції очищаються 92 %-вою сірчаною кислотою, промивається водою, потім лугом і піддається повторній ректифікації з відбором певних ароматичних вуглеводнів у вузьких температурних межах. Головна фракція легкого масла на 50-60 % складається із ненасичених сполук, головним чином із аміланів і гексиленів (сировини для виробництва відповідних спиртів). Побічні фракції при виділенні бензолу і толуолу, які містять багато ненасичених і ароматичних сполук є добрими високооктановими добавками до моторного палива для підвищення його якості. Фракція з температурою кипіння вище 112 0С, служить хорошим розчинником. Нафталінова фракція переробляється на нафталін. Кокс, одержаний із пека смоли піролізу, використовується у виробництві електродів і високоякісної сталі. Етилен, який складає основну частину газу, що виділяється при піролізі, після відповідної очистки використовується для одержання поліетилену, етилового спирту, дихлоретану і т.п.

При піролізі протікають первинні і вторинні хімічні реакції.

Первинні реакції наступні:

Вторинні реакції наступні:

1.

2.

3.Алкілування ароматичних вуглеводів алканами;

4. Конденсація ароматичних і циклогексанових вуглеводнів з дієнами, що приводить до утворення нафталіну, антрацену, їх гомологів і коксоутворення.

3. РЕАКТИВИ І ОБЛАДНАННЯ

3.1. Гас, розчин брому або перманганату калію (1%-ний).

3.2. Установка для піролізу (рис. 1), установка для перегонки нафтопродуктів (рис. 2),