Совершенствование процессов термокаталитической деструкции и изомеризации жидких углеводородов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Балобаева Нина Николаевна

• Балобаева Нина Николаевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Балобаева Нина Николаевна

Введение

Глава 1 Современное состояние аппаратурно-технологического оформления процессов деструкции и изомеризации жидких высокомолекулярных углеводородов

1.1Физико-химические свойства и фракционный состав жидких высокомолекулярных углеводородов

1.2 Методы деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов

1.2.1 Первичная перегонка. Влияние технологических параметров на выход светлых фракций

1.2.1.1 Простая перегонка

1.2.1.2 Перегонка с дистилляцией

1.2.2 Каталитический метод выделения светлых фракций из углеводородного сырья

1.2.3 Аппаратурное оформление процессов деструкции и изомеризации углеводородов

1.2.4 Методики расчета реакторов процесса деструкции

1.3 Катализаторы, используемые в процессах деструкции и изомеризации и углеводородов

1.4 Химические основы процессов деструкции высокомолекулярных углеводородов и изомеризации углеводородов нормального строения

1.5 Методы оценки физико-химических свойств, группового и

компонентного составов светлых углеводородных фракций

Выводы к главе 1 и постановка задач исследования

Глава 2 Оценка свойств исходного углеводородного сырья и катализаторов

2.1 Используемое углеводородное сырье

2.2 Каталитические насадки

2.2.1 Цеолит, модифицированный наночастицами платины

2

2.2.2 Спирально-призматическая насадка, модифицированная наночастицами рения

2.2.3 Пеномедь

2.3 Методика и результаты исследования структуры наночастиц металлов

2.3.1 Определение размеров и структуры поверхности нано - и микрочастиц металлов

2.3.2 Определение распределения по размеру нано- и микрочастиц

металлов

2.3.3Оценка величины удельной поверхности нано- и микрочастиц металлов методом Брунауэра, Эммета, Тейлора

2.4 Методика изготовления цеолита, модифицированного

наночастицами платины

Выводы к главе

Глава 3 Экспериментальные исследования процессов деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов и изомеризации бензиновой фракции

3.1 Экспериментальные установки и методики проведения исследований

3.1.1 Экспериментальная установка ввода и диспергирования наночастиц металлов в жидкой фазе

3.1.2 Экспериментальная установка для исследования совмещенных процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов

3.2 Методика исследования процесса деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов

3.2.1 Деструкция жидких углеводородов без катализатора

3.2.2 Деструкция с использованием наночастиц никеля

3.2.3 Деструкция с использованием наночастиц вольфрама

3.2.4 Деструкция с использованием наночастиц платины

3.2.5 Деструкция с использованием наночастиц марганца

3.2.6 Деструкция с использованием наночастиц хрома

3.2.7 Деструкция с использованием наночастиц меди

3.2.8 Деструкция с использованием наночастиц титана

3.3 Деструкция углеводородов с использованием смесей наночастиц металлов

3.4 Исследование процесса деструкции жидких углеводородов с использованием микрочастиц металлов

3.4.1 Деструкция с использованием микрочастиц никеля

3.4.2 Деструкция с использованием микрочастиц вольфрама

3.4.3 Деструкция с использованием микрочастиц платины

3.5 Исследование процесса изомеризации бензиновой фракции с использованием наночастиц металлов

3.5.1 Изомеризация бензиновой фракции на поверхности спирально-призматических колец, модифицированных наночастицами рения

3.5.2 Изомеризация бензиновой фракции на поверхности пеномеди

3.5.3 Преобразование химического состава бензиновой фракции в паровой фазе на поверхности цеолита, модифицированного наночастицами платины

3.5.4 Преобразование химического состава бензиновой фракции в паровой фазе на поверхности цеолита, модифицированного наночастицами свинца

3.5.5 Преобразование химического состава бензиновой фракции в паровой фазе на поверхности цеолита, модифицированного смесью

наночастиц платины и свинца

Выводы к главе

Глава 4 Кинетика процессов деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов и изомеризации бензиновой

фракции

4.1 Кинетика процесса деструкции жидких углеводородов

4.1.1 Процесс деструкции без использования катализаторов

4.1.2 Процесс деструкции в присутствии наночастиц металлов

4.2 Кинетика процесса изомеризации на поверхности цеолита, модифицированного наночастицами платины и свинца

4.3 Физическая модель взаимодействия активных центров наночастиц

металлов с высокомолекулярными жидкими углеводородами

Выводы к главе

Глава 5 Разработка рекомендаций для промышленной реализации совмещенного процесса деструкции и изомеризации углеводородов

с использованием наночастиц металлов

5.1 Рекомендации по использованию наночастиц металлов для переработки остаточных продуктов

5.1.1 Деструкция жидких углеводородов мазута

5.1.2 Деструкция жидких углеводородов печного топлива

5.2 Технологическая схема ступенчатой деструкции и изомеризации жидких углеводородов

5.3 Методика расчета контактного аппарата для совмещенных

процессов деструкции и изомеризации углеводородов

Выводы к главе

Заключение

Список литературы

Приложение П1. Расчеты материальных потоков

Приложение П2. Результаты хроматографических исследований

Приложение П3. Результаты исследования кинетики процессов

деструкции и изомеризации

Приложение П4. Патенты

Приложение П5. Технологическая схема

Приложение П.6 Акты использования результатов диссертационной работы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процессов термокаталитической деструкции и изомеризации жидких углеводородов»

Актуальность работы

Жидкие высокомолекулярные углеводороды являются основным сырьем для производства широкого ассортимента автомобильных топлив: бензина, дизельного топлива, авиационного керосина, реактивного топлива, получаемых путем облагораживания ее светлых фракций, извлекаемых путем ректификационного разделения в интервалах температур кипения.

Сегодня четко обозначилась проблема нерационального использования углеводородного сырья. Наблюдается сокращение новых запасов т.н. «легких» жидких высокомолекулярных углеводородов, добыча которых не вызывает существенных затруднений и позволяет максимально эффективно перерабатывать сырье для получения товарных моторных топлив.

В настоящий момент преобладает доля трудных для промышленной разработки и эксплуатации месторождений высокомолекулярных углеводородов, имеющих несбалансированный по легким углеводородам состав, обладающей малой долей легкокипящих фракций, пригодных для наработки светлых моторных топлив.

Тяжелые углеводороды имеют повышенную температуру кристаллизации, обусловленную высоким содержанием парафинов, высокими плотностью и вязкостью, обусловленными повышенным содержанием асфальто-смолистых веществ.

Большие объемы топлива, используемые как автолюбителями, так и промышленными предприятиями, сопровождаются выбросами кислотных и токсичных продуктов сгорания углеводородного сырья, что потребовало введения новых экологических стандартов (Евро) на наиболее широко используемые виды автомобильных топлив (бензин и дизельное топлива), строго регламентирующих содержание в продуктах его сгорания угарного газа и диоксида углерода, содержание серы, газообразные соединения которой имеют кислотную реакцию и повышенную коррозионную

активность, и ароматических углеводородов, присутствие которых нежелательно, так как продукты их термического окисления и конденсации обладают ярко выраженными канцерогенными свойствами и склонны к аккумуляции в воде и почве, что наносит непоправимый вред окружающей среде.

На основании вышесказанного, можно сделать заключение, что одним из приоритетных направлений в области нефтепереработки является поиск новых методов повышения глубины переработки тяжелых высокомолекулярных углеводородов за счет увеличения доли извлекаемых светлых фракций и их дальнейшего облагораживания с целью получения больших объемов высококачественного топлива, соответствующего современным требованиям к экологической чистоте. Наряду с повышением отбора светлых углеводородных фракций требуется снизить долю растущих запасов неликвидных тяжелых углеводородных отходов.

К перспективным методам повышения глубины переработки углеводородного сырья относится разработка новых катализаторов процессов деструкции и изомеризации, что позволит повысить степень конверсии углеводородного сырья и селективность химических реакций, лежащих в основе процессов получения высокооктановых компонентов автомобильных бензинов.

Повышенный интерес специалистов направлен на изучение свойств и возможностей применения наноструктурированных металлов в качестве катализаторов процессов деструкции углеводородов и повышения концентрации высокооктановых углеводородов в бензиновых фракциях, что их специфическими свойствами. Реакции, в которых степень конверсии сырья и степень селективности целевой химической реакции зависит от структурных характеристик катализатора, являются структурно чувствительными. Изучение явлений, формируемых такими реакциями, имеет большое значение, как в прикладных, так и в фундаментальных

исследованиях природы превращений на катализаторах в наноструктурированной форме углеводородного сырья.

В работе представлены результаты расчетов материальных потоков процессов первичной деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов с использованием катализаторов в наноструктурированной форме при введении их в смесь углеводородов на стадии деструкции; выявлены закономерности изменения массовой доли получаемой бензиновой фракции при использовании различных металлов в наноструктурированной форме. Приведены результаты экспериментальных исследований изменения химического и фракционного составов бензиновой фракции при использовании катализаторов в наноструктурированной форме при организации контакта паровой фазы на его поверхности, расположенной на перфорированной тарелке. Для оценки эффективности использования в купечестве катализаторов наночастиц металлов с целью увеличения выхода бензиновой фракции в процессе деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов предлагается использовать графические зависимости истинных температур кипения, характеризующих распределение состава по интервалам температур выкипания, что дает достоверную информацию о ее фракционном составе.

Выбор смеси наночастиц металлов с целью увеличения выхода бензиновой фракции и повышения в ней концентрации высокооктановых компонентов осуществлялся на основании результатов экспериментальных исследование их эффективности в процессе деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов, устойчивости в условиях высоких температур процесса, селективности относительно целевых химических реакций, образующих высокооктановые разветвленные изомеры типичных алканов, анализе степени конверсии высокомолекулярных углеводородов.

Организация контакта паров полученной в результате деструкции жидких углеводородов бензиновой фракции с катализаторами принимается на основании анализа факторов, влияющих на степень конверсии сырьевых

компонентов, как химический продуктов процесса деструкции, являющихся компонентом для процесса каталитической изомеризации, осуществляемой в присутствии катализатора, модифицированного наноструктурированными металлами, расположенного на поверхности перфорированной перегородки, устанавливаемой по высоте контактной части, скорости основных химических реакций, селективности катализаторов, его химического состава.

Чередование насадок катализатора и пустых перфорированных перегородок при сборке контактного аппарата деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов осуществляется на основании анализа данных графических зависимостей истинных температур кипения продукта, являющегося сырьем для установки фракционирования, позволяющей получить данные о его химическом и фракционном составах, а также скорости химических превращений, протекающих на поверхности катализатора, расположенного в контактной части.

Работа выполнена в рамках Государственного задания вуза на 20172019 гг. №9.7746.2017/БЧ.

Объектом исследования в работе являются процессы деструкции и изомеризации жидких углеводородов для получения бензиновой фракции, являющейся сырьем для производства товарных моторных топлив.

Предметом исследования является кинетика совмещенных процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов в присутствии катализаторов, модифицированных наночастицами металлов.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов для получения бензиновой фракции за счет совмещения стадий деструкции и изомеризации и использования модифицированных катализаторов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы задачи исследования:

1. Определить направления совершенствования процессов переработки жидких углеводородов: деструкции жидких высокомолекулярных

углеводородов для увеличения выхода бензиновой фракции и изомеризации бензиновой фракции для повышения ее качественных характеристик (стабилизация фракционного состава, детонационная стойкость).

2. Оценить эффективность процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов при их совмещении в одном технологическом аппарате.

3. Разработать экспериментальную установку и исследовать кинетику процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов при использовании предложенных катализаторов.

4. Провести сравнительный анализ влияния катализаторов, модифицированных наночастицами металлов (никель, вольфрам, платина, хром, медь, марганец, титан), на углеводородный состав бензиновых фракций, полученных в результате деструкции и изомеризации жидких высокомолекулярных углеводородов.

5. Разработать аппаратурно-технологическое оформление совмещенных процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов с использованием катализаторов, модифицированных наночастицами металлов.

Научная новизна исследований, изложенных в диссертации:

Экспериментально исследована кинетика термокаталитической деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов в присутствии наночастиц металлов и совмещенного с ней процесса каталитической изомеризации бензиновой фракции с использованием наномодифицированного катализатора.

Предложено в качестве катализатора процесса деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов использовать наночастицы металлов (никель, вольфрам, платина), взятых в массовом соотношении (1:1:1), вводимых в жидкую углеводородную фазу в количестве 0,1 % масс. от массы сырья, что обеспечивает увеличение выхода бензиновой фракции в процессе

деструкции исходных углеводородов на 9 % масс., мазута на 7% масс., печного топлива на 10 % масс.

Получены экспериментальные данные по влиянию катализатора, модифицированного наночастицами металлов, на процесс изомеризации углеводородов бензиновой фракции. Показано, что применение цеолита типа ZSM-5, модифицированного наночастицами платины и свинца, позволяет повысить концентрацию высокооктановых углеводородов изо-строения в бензиновой фракции на 15 % масс.

Методика исследования основана на использовании методов математической физики, компьютерной химии, проведении натурных и модельных физических исследований.

Практическая значимость результатов работы.

Предложен способ переработки жидких углеводородов (патент № 2681948), совмещающий процессы деструкции и изомеризации бензиновой фракции в контактном аппарате колонного типа с использованием катализаторов, модифицированных наночастицами металлов.

Разработана конструкция аппарата (патент №2697465) для реализации процесса деструкции жидких углеводородов в кубовой части, совмещенного с изомеризацией бензиновой фракции в контактной части аппарата.

Предложена методика расчета контактного аппарата, позволяющая определить основные размеры аппарата, объем насадки.

Проведена модернизация технологической схемы переработки высокомолекулярного углеводородного сырья c применением совмещенных процессов деструкции и изомеризации на стадии первичной деструкции исходной смеси и на стадии получения бензиновой фракции из побочных продуктов (мазута, печного топлива).

Результаты диссертационной работы внедрены в ООО «ЗАВКОМ-ИНЖИНИРИНГ» (г. Тамбов) при проектировании нефтеперерабатывающих производств, а также используются в образовательном процессе ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.

Шухова», ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет».

Положения, выносимые на защиту.

Результаты экспериментальных исследований влияния наночастиц металлов (М, W, Р^ Т^ Си, Сг, Мп) на выход бензиновой фракции в процессе деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов, показавшие, что наибольшую каталитическую активность проявляют наночастицыМ, W, Р1

Результаты оценки эффективности модифицирования наночастицами катализатора процесса изомеризации углеводородов, показавшие, что наибольшее увеличение концентрации высокооктановых компонентов в бензиновой фракции наблюдается при использовании в качестве катализатора цеолита, модифицированного наночастицами Pt и РЬ.

Методика и экспериментальные данные по исследованию кинетики совмещенных процессов деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов и изомеризации с использованием катализаторов, модифицированных наночастицами металлов.

Способ увеличения выхода бензиновой фракции в процессе деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов с использованием наночастиц металлов никеля, вольфрама, платины, совмещенном с процессом изомеризации на поверхности цеолита, модифицированного наночастицами платины и свинца.

Технологическая схема ступенчатой переработки жидких высокомолекулярных углеводородов, позволяющей повысить степень конверсии углеводородного сырья и выход бензиновой фракции в процессе деструкции.

Степень достоверности полученных результатов подтверждается использованием современного лабораторного и аналитического оборудования и приборов, стандартизованных методик анализа, обоснованным применением современных методов анализа свойств углеводородов, наночастиц металлов, включающих методы газовой хроматографии, сканирующей электронной микроскопии, измерения размера и удельной поверхности пор цеолита.

Личный вклад автора состоит в формулировании цели и задач работы, проведении экспериментальных исследований кинетики процессов деструкции и изомеризации, обработке экспериментальных данных и их интерпретации; разработке схем совмещенных процессов деструкции и изомеризации; разработке и оценке эффективности катализаторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых им. профессора Л.П. Кулева «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2016 г.); II научно-технической конференции Catalytic hydroprocessing in oil refining (Белград, Сербия, 2016г.); 70-ой и 71-й международной научно-практической конференции «Нефть и газ» (г. Москва, 2016, 2017 гг.); международной научно-практической конференции «Ломоносов - 2016» (г. Москва, 2016 г.); Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы адсорбции и катализа» (г. Плес, 2016 - 2018 г.г.); Всероссийском инженерском конкурсе студентов и аспирантов (2016 г.); 16-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири Сибресурс-2016» (г. Кузбасс, 2016 г.); XII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2018 г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы 13 печатных работ, среди которых 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций, 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя: введение, пять глав, основные выводы и результаты, список литературы (139 наименований) и приложения. Работа изложена на 208 страницах основного текста, содержит 84 рисунка, 65 таблиц и 6 приложений.

1 Современное состояние аппаратурно-технологического оформления процессов деструкции и изомеризации жидких

углеводородов

1.1 Физико-химические свойства и фракционный состав жидких высокомолекулярных углеводородов

Жидкие высокомолекулярные углеводороды, являясь горючей осадочной породой, входит в особое семейство пород, называемое каустобиолитами. Каустобиолиты подразделяются на каустобиты угольного ряда и каустобиолиты нефтяного ряда или битумы.

Каустобиолиты имеют в своем составе в разном соотношении углерод, водород и кислород. В жидких высокомолекулярных углеводородах соотношение содержания углерода и водорода более уравновешено, и соотношение С/Н для нефтей обычно лежит в интервале от 6 до 6,5. В жидких высокомолекулярных углеводородах процентное содержание кислорода составляет от 0,5 до 2 %масс [1, 2].

По химическому составу жидкие высокомолекулярные углеводороды представляют собой сложную смесь углеводородов и углеродистых соединений, которые кроме углерода и водорода содержат в своем составе кислород, азот, серу, металлы. Концентрации элементов в различных нефтях обычно лежат в следующих интервалах: углерод - 83-87%, водород - 12-14%, кислород, азот и сера - 1-2%, массовая доля серы достигает 6-8 %масс. В составе жидких высокомолекулярных углеводородов выделяют углеводородную часть, асфальто-смолистую, парафины, серу и зольную часть.

Углеводородная часть жидких высокомолекулярных углеводородов состоит из трех групп углеводородов: метановые (алканы), нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены). Метановые углеводороды относят к

предельным, насыщенным, они имеют общую формулу СпИ2П+2. Алканы наиболее химически устойчивы [2].

Нафтеновые углеводороды, называемые также циклоалканами (СпН2п), имеют замкнутые углеродные цепи. В них, как и в парафинах, все связи углерода с водородом насыщенны, что формирует их химическую стабильность.

Ароматические углеводороды, называемые аренами (СпНп), имеют наименьшее содержание водорода в своем составе. Структура молекулы представляет собой замкнутое кольцо с ненасыщенными связями углерод-водород, в результате арены обладают меньшей химической стабильностью и более реакционноспособны.

Асфальто-смолистая часть жидких высокомолекулярных углеводородов представляет собой темноокрашенное вещество, частично растворимое в бензине. Растворимые в бензине углеводороды - асфальтены, нерастворимые - смолы. Смолы содержат в своем составе до 93 % всего кислорода, входящего в состав жидких высокомолекулярных углеводородов.

Порфирины относятся к тетрациклическим азотсодержащим соединениям органического происхождения, образовавшиеся из хлорофилла растений и гемоглобина животных. Порфирины разрушаются при температуре 200-250 °С [3].

Сера широко распространена в жидких высокомолекулярных углеводородах, содержится либо в свободном виде, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Массовая доля ее колеблется обычно в интервале от 0,1 до 5 % масс.

Зольная часть жидких высокомолекулярных углеводородов представляет собой различные минеральные соединения, полученные при сжигании нефти, среди металлов в которых чаще всего содержатся железо, кальций, магний, алюминий, никель, ванадий. Встречаются также окислы натрия, бария, меди, олова, кобальта, свинца и других металлов, а также ртуть. Обнаружено [4], что жидким высокомолекулярным углеводородам

различного происхождения присущи собственные металлы, что говорит об отношении их к жидким высокомолекулярным углеводородам, а не к механическим примесям.

Если углеводородная часть вещества составляет менее 50 %масс., то вещество относится уже не к жидким высокомолекулярным углеводородам, а к кирам, асфальтам, асфальтитам, озокеритам, керитам, антроксолитам и т.п. Кроме углеводородов в жидких высокомолекулярных углеводородах содержатся гетероатомные соединения, или просто - гетеросоединения, а совокупность элементов, входящих в их состав - гетероэлементами. Большая часть обнаруженных в жидких высокомолекулярных углеводородах гетеросоединений относится к сернистым.

Состав жидких высокомолекулярных углеводородов складывается из нескольких серий гомологических рядов. Каждый ряд представлен несколькими группами изомеров, отличающихся строением молекул, но имеющих одинаковую эмпирическую формулу. Представители этих групп составляют непрерывный ряд гомологов, численное содержание и структура которых изменяется в зависимости от типа жидких высокомолекулярных углеводородов.

При классификации жидких высокомолекулярных углеводородов за основу берется их химический состав. Наиболее часто их подразделяют по содержанию различных углеводородов. Так выделяют метановые жидкие высокомолекулярные углеводороды, в которых содержание метановых углеводородов свыше 66 %, нафтеновые, в которых нафтеновых углеводородов свыше 66 %, нафтено-метановые и ароматические [5].

Классификация основывается на групповом составе нефтей. По групповому составу жидкие высокомолекулярные углеводороды разделяются на две части: углеводороды, кипящие до температуры 360 °С, и углеводороды, кипящие при температуре выше 360 °С. К первой группе относят чистые углеводородные соединения и частично гетеросоединения. Ко второй группе - гетеросоединения (кислородные, сернистые, азотистые) и

в меньшей степени углеводородные. Наряду с вышеуказанной распространены классификации по содержанию парафинов, серы и смол [6].

Важным показателем для нефтей является их фракционный состав, определение которого осуществляется по разности температур кипения различных ее частей. Различают следующие фракции жидких высокомолекулярных углеводородов: бензиновую, выкипающую при температуре до 195 °С, лигроиновую, интервал температур кипения которой составляет от 160 до 210 °С, керосиновую, кипящую от 200 до 300 °С, газойлевую, кипящую от 270 до 350 °С. Остаток после выкипания этих фракций называют мазутом, который в свою очередь подразделяют на масляную и смолистые фракции.

Жидкие высокомолекулярные углеводороды характеризуют следующими физическими свойствами: плотность, вязкость, температуры застывания, кипения, испарения, теплотворная способность, растворимость, электрические и оптические свойства, люминесценция и т.д. [7].

Важнейшее свойство жидких высокомолекулярных углеводородов -теплотворная способность.

Разведку месторождений жидких высокомолекулярных углеводородов ведут по люминесценции, свойству, которое определяет способность жидких высокомолекулярных углеводородов светиться под действием ультрафиолетового излучения. Жидкие высокомолекулярные углеводороды, относящиеся к легким, светятся голубым светом, тяжелые - бурым и желто-бурым.

Жидкие высокомолекулярные углеводороды неразрывно связаны с углеводородными газами. Углеводородный газ может образовывать самостоятельные скопления в земной коре или же встречаться вместе с жидкими высокомолекулярными углеводородами. Газы остаются на глубине в виде прозрачной жидкости, представляющей собой бензин, это - конденсат.

Кроме обычных жидких высокомолекулярных углеводородов и газов известны также тяжелые жидкие высокомолекулярные углеводороды -

мальты, удельный вес которых лежит в интервале 0,97^1,00; твердые битумы - горный воск (озокерит), горная смола, асфальт [8].

Фракционный углеводородный состав

Состав углеводородных фракций жидких высокомолекулярных углеводородов в зависимости от температуры кипения индивидуальных углеводородов оценивают методом их возгонки с последующей порционной конденсацией паров в интервалах температур кипения. При этом количество ступеней конденсации отогнанных паров может быть различно. Различают три разновидности метода дистилляции жидких высокомолекулярных углеводородов:

1. Простая дистилляция: при таком способе дистилляции жидкие высокомолекулярные углеводороды полностью испаряют и полностью конденсируют полученные пары.

2. Дистилляция с дефлегмацией: при таком способе из жидких высокомолекулярных углеводородов отгоняют часть углеводородов, имеющих высокую температуру кипения, а часть - возвращают на орошение кипящих жидких высокомолекулярных углеводородов. Таким образом, достигается увеличение степени отгонки низкокипящих углеводородов

3. Ректификация: при использовании ректификационного метода проводят возгонку паров с многократной дефлегмацией, при этом из флегмы отделяют низкокипящие компоненты, что позволяет достичь их высокой концентрации в продуктах возгонки.

Средняя температура кипения

Ряд температур кипения индивидуальных углеводородных веществ, содержащихся в жидких высокомолекулярных углеводородах, оценивают при определении ее фракционного состава. Результат оценки температуры копнения представляет собой монотонную кривую зависимости «истинных»

(усредненных) температур кипения углеводородов от выхода в масс.% углеводородной фракции жидких высокомолекулярных углеводородов.

В результате оценки истинных температур кипения жидких высокомолекулярных углеводородов получают ряд компонентов с известными температурами кипения. Основываясь на данных о температуре кипения углеводородной фракции жидких высокомолекулярных углеводородов, можно давать оценку остальных ее физических свойств. В результате оценки истинных температур кипения углеводородных фракций получают среднюю температуру кипения.

Каждую узкую фракцию углеводородов в дальнейшем рассматривают как условный компонент нефтяной смеси, состав которой выражается как дискретная смесь этих компонентов со своими физическими свойствами.

Для узких фракций с интервалом температур кипения до 20 оС средняя температура кипения вычисляется как среднеарифметическая из начальной и конечной температур кипения.

Выход узких фракций может выражаться в массовых, мольных или объемных долях, и соответственно величины средних температур кипения -среднемассовые, среднемольные, среднеобъемные.

1.2 Методы деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов

1.2.1 Первичная перегонка. Влияние технологических параметров на

выход светлых фракций

1.2.1.1 Простая перегонка

Простая перегонка жидких высокомолекулярных углеводородов заключается в их испарении с конденсацией полученных паров углеводородов без орошения флегмой [16].

Результативность простой перегонки жидких высокомолекулярных углеводородов зависит от их фракционного состава, давления и температуры. Перегонка подразделяется в зависимости от рабочего давления (атмосферное

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Балобаева Нина Николаевна, 2020 год

На №

№

«

«

»

»

научных исследовании в учебном процессе

Настоящей справкой представители федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» подтверждают, что материалы, разработанные в рамках диссертационного исследования Балобаевой Нины Николаевны «Совершенствование процессов термокаталитической деструкции и изомеризации жидких углеводородов», а именно:

1) сведения о существующих методах модернизации процессов деструкции и изомеризации углеводородов;

2) методика оценки каталитической активности наночастиц металлов в процессах деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов;

3) методика оценки каталитической активности катализаторов, модифицированных наночастицами металлов, в процессе изомеризации углеводородов;

4) методы определения кинетических характеристик процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов в присутствии наночастиц металлов;

5) физическая модель процесса деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов в присутствии наночастиц металлов, методики оценки кинетических характеристик процессов деструкции и изомеризации углеводородов с использованием катализаторов, модифицированных наночастицами металлов.

внедрены и успешно используются в учебном процессе по основным профессиональным образовательным программам высшего образования:

- программам бакалавриата - 18.03.01 Химическая технология; 21.03.01 Нефтегазовое дело; 28.03.02 Наноинженерия;

- программам магистратуры 18.04.01 Химическая технология; 18.04.02 Энсрго-и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии; 21.04.01 Нефтегазовое дело;

- программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре 18.06.01 Химическая технология; 28.06.01 Нанотсхнологии и наноматериалы.

Использование вышеуказанных результатов диссертационной работы Балобаевой Н.Н. в образовательном процессе способствует лучшему освоению учебною материала.

МИНОВРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА» (БГТУ им. В.Г. Шухова)

Костюкова ул., д.46, Белгород, 308012, тел.[phone], факс [phone]. E-mail: [e-mail]. http://www.bstu.ru

п » и

20

13 № 3151

11а №

СПРАВКА

об использовании результатов научных исследований в образовательном процессе

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационного исследования Балобаевой H.H. на тему «Совершенствование процессов термокаталитической деструкции и изомеризации жидких углеводородов» внедрены в практику образовательной деятельности федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова». В частности, используются в учебном процессе в курсах дисциплин, предусмотренных в учебном плане подготовки основных образовательных программ высшего образования 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии; 18.04.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии; 04.06.01 Химические науки:

- подходы к оценке прироста выхода углеводородной фракции с температурой кипения до 195 °С в процессе деструкции углеводородов нефти при введении в жидкую нефтяную фазу наночастиц;

- рекомендации по использованию в качестве катализаторов смесей наночастиц металлов, на основании их влияния на структурно-групповой состав углеводородной фракции с температурой кипения до 195 "С;

- кинетические характеристики процесса деструкции жидких высокомолекулярных углеводородов нефти с использованием наночастиц металлов;

- результаты использования наночастиц металлов для переработки остатков процесса деструкции нефти: мазута и печного топлива по выходу фракции углеводородов с температурой кипения до 195 С;

- подход к организации процесса ступенчатой углубленной деструкции высококипящих углеводородов нефти с использованием в качестве катализаторов,

модифицированных наночастицами металлов, позволяющий извлекать из остатков процесса деструкции нефти углеводородную фракцию для производства автомобильных топлив;

- метод создания многофункциональных катализаторов, модифицированных наночастицами для процессов деструкции и изомеризации жидких углеводородов;

- результаты по изомеризации в паровой фазе углеводородной фракции с температурой кипения до 195 "С на поверхности цеолита, модифицированного наночастицами металлов;

- оценка влияния длительности процесса изомеризации на поверхности цеолита, модифицированного наночастицами металлов на структурно-групповой состав углеводородной фракции.

Использование данных результатов диссертационной работы позволяет принимать более обоснованные решения при разработке химико-технологических процессов.

УТВЕРЖДАЮ:

Первый проректор, д.т.н., профессор

[

Е.И. Евтушенко

СОГЛАСОВАНО:

Директор химико-технологического института, д.т.н., профессор

В.И. Павленко

Заведующий кафедрой технологии цемента

и композиционных материалов, д.т.н., профессор

И.Н. Борисов