Malisho kuu ya hidrokaboni kwa mchanganyiko wa petrokemikali ni mchanganyiko wa hidrokaboni za gesi, kioevu na hidrokaboni.

gesi asilia hujumuisha hasa methane na hidrokaboni nyingine zilizojaa; pia zina gesi za inert (nitrojeni, dioksidi kaboni) na gesi adimu (argon, xenon). Gesi za asili huzalishwa wakati wa maendeleo ya gesi na mashamba ya condensate.

Gesi za petroli zinazohusiana kupatikana kama bidhaa ya ziada ya uchimbaji wa mafuta. Gesi hizi hupasuka katika mafuta ya hifadhi na hutolewa wakati wa uzalishaji kutokana na kupunguza shinikizo. Gesi ya petroli inayohusishwa hujumuisha hidrokaboni zilizojaa kutoka methane hadi pentane na kwa kawaida huwa na baadhi ya gesi ajizi; Gesi zinazohusiana za sehemu zingine pia zina sulfidi hidrojeni ya bure. Kama kanuni, gesi za petroli zinazohusiana zina kiasi kikubwa cha vipengele vya hydrocarbon - ethane, propane na butanes, ambayo ni malighafi ya thamani ya petrochemicals.

Gesi za kusafishiasumu katika michakato ya kupasuka, kupika, kurekebisha; pia huchukuliwa kutoka kwa utulivu wa mafuta na mimea ya kunereka moja kwa moja. Kulingana na hali ya taratibu hizi, utungaji wa gesi zinazosababisha hutofautiana kwa aina mbalimbali. Kwa mfano, gesi za kurekebisha kichocheo zina hadi 60% ya hidrojeni; iliyobaki ni hidrokaboni zilizojaa. Gesi za kupasuka na za coking zinajumuisha hidrokaboni zilizojaa na zisizojaa.

Gesi za Kuimarisha Mafutani sifa ya maudhui ya juu ya propane, butane, pentane na isopentane, ambayo huwafanya kuwa malighafi yenye thamani kwa ajili ya uzalishaji wa butadiene na isoprene.

Mafuta ya petroli chemsha katika anuwai ya 30-120 0 С; zina vyenye butane, pentane, isopentane, pamoja na C 6 na C 7 hidrokaboni ya muundo wa kawaida na muundo wa iso.

Gesi condensateschemsha katika safu 40-360 0 C. Zina 15-30% hidrokaboni yenye kunukia; 25-40% naphthenes na parafini 20-60% (kulingana na shamba).

Distillates za kioevu na bidhaa za petroli, iliyoundwa wakati wa michakato mbalimbali ya kusafisha mafuta, pia hutumiwa kama malisho katika michakato ya petrokemikali, kwa usahihi zaidi kama chanzo cha kutengwa kwa vikundi fulani vya hidrokaboni. Kwa hivyo, hidrokaboni za kunukia zimetengwa na bidhaa za kurekebisha kichocheo, olefins kutoka kwa bidhaa za kupasuka za joto na za kichocheo, na parafini kutoka kwa bidhaa za kufuta mafuta ya dizeli.

Hidrokaboni zilizotengwa na malighafi ya hidrokaboni ni muhimu sana kwa vitendo. Kwa mfano, methane ya gesi asilia hutumiwa kama mafuta na malighafi kwa ajili ya utengenezaji wa hidrojeni, asetilini, amonia na methanoli. Ethane hutumika kama malisho kwa michakato ya pyrolysis kutoa ethilini; gesi condensates - malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa butadiene, isoprene, hidrokaboni kunukia.

v Mahitaji ya malisho ya hidrokaboni

Malisho ya hidrokaboni kwa michakato ya petrokemikali huwa chini ya mahitaji magumu zaidi kuliko malisho ya michakato ya kusafisha mafuta.

Majibu yanayotumiwa katika usanisi wa petrokemikali ni zaidi ya mlolongo wa kichocheo au mkali, na uteuzi wa juu wa kichocheo unahitajika ili kupata bidhaa zinazohitajika, athari za upande hazikubaliki kabisa, nk. Kwa hiyo, kiwango cha juu cha usafi wa malighafi kinahitajika. Kwa hivyo, kwa ajili ya uzalishaji wa pombe ya ethyl kwa uhamishaji wa moja kwa moja wa ethilini, 97-98% ya ethilini inahitajika, kivitendo bila sulfidi hidrojeni (hadi 0.002% H 2 S). Uzalishaji wa HDPE unahitaji ethylene 99.99%, bila kabisa asetilini.

Utakaso kamili wa ethilini kutoka sulfidi hidrojeni katika utengenezaji wa pombe ya ethyl ni muhimu kwa sababu vifaa vya kunereka vya kutenganisha pombe inayotokana na mchanganyiko wa mmenyuko huona kutu na kushindwa. Kwa sababu hiyo hiyo, ethylene haipaswi kuwa na asetilini.

Wakati wa kuongeza vioksidishaji vya kioevu na mafuta ya taa kwa alkoholi na asidi, ni muhimu kwamba malisho yana kiwango cha chini (hadi 0.5%) ya hidrokaboni za naphthenic na kunukia ambazo huzuia oxidation. Sio muhimu sana ni kutokuwepo kwa phenoli, misombo ya nitrojeni na sulfuri ambayo humaliza mnyororo wa oxidation. Katika suala hili, mahitaji ya maudhui ya sulfuri katika hidrokaboni yenye kunukia ni kali (si zaidi ya 0.02%) na maudhui yake ya kuruhusiwa yanapungua mara kwa mara.

Katika baadhi ya matukio, ni muhimu kusafisha malisho ya hidrokaboni kutoka kwa isoma na homologues ya asili sawa ya kemikali. Kwa hivyo, ikiwa mafuta ya taa yana hidrokaboni ya muundo wa iso, bidhaa za oxidation inayofuata zina kiwango cha chini cha asidi ya uzito wa Masi, pamoja na isoacids yenye harufu mbaya sana.

Mchanganyiko wa dienes katika olefini husababisha maendeleo ya uundaji wa resin wakati wa isomerization na alkylation.

Kwa malighafi ya hidrokaboni, inapaswa kuwa na vikwazo juu ya maudhui ya oksidi za kaboni, amonia na maudhui ya unyevu.

Yote ya hapo juu inaonyesha haja ya maandalizi makini ya malighafi ya hidrokaboni.

v Umuhimu wa maandalizi ya awali ya malighafi ya hidrokaboni kwa usindikaji

Malighafi ya hidrokaboni lazima ikidhi mahitaji ya juu yaliyoamuliwa na maalum ya mabadiliko zaidi ya kemikali ya hidrokaboni. Moja ya mahitaji kuu ya malisho ya hidrokaboni ni kiwango cha chini cha maudhui au kutokuwepo kabisa kwa vitu vya asili tofauti ya kemikali. Utayarishaji wa uangalifu wa malighafi ya hydrocarbon kwa usindikaji ni muhimu ili kuzuia kutu ya vifaa vya mchakato; kuongezeka kwa maisha ya huduma ya vichocheo; kuziba kwa mabomba na upitishaji wake haukujumuishwa; kiasi cha bidhaa za ziada kilipungua, mavuno ya bidhaa lengwa yaliongezeka na ubora wake kuimarika.

Utangulizi

Mchanganyiko wa petrochemical ni uzalishaji wa syntetisk wa bidhaa za kemikali kulingana na mafuta na gesi ya hidrokaboni. Hidrokaboni za mafuta na gesi asilia zinazoweza kuwaka, gesi zinazohusiana na petroli, na gesi za kusafisha petroli hutumika kama malighafi kuu katika uzalishaji wa bidhaa muhimu zaidi za synthetic: plastiki, raba na nyuzi, mbolea za nitrojeni, surfactants na sabuni, plasticizers; mafuta, mafuta ya kulainisha na viungio kwao, vimumunyisho, dondoo, nk Bidhaa hizi zote hutumiwa sana katika matawi mbalimbali ya nar. x-va na katika maisha ya kila siku, maendeleo ya MH yanahusishwa nao. maeneo mapya ya teknolojia (cosmonautics, nishati ya nyuklia, nk). Katika nchi zilizoendelea, mchanganyiko wa petrokemikali umeunda tasnia kubwa na inayokua kwa kasi ya petrokemikali. Hidrokaboni za mafuta na gesi, zikistahili, malighafi ya hali ya juu zaidi ya kiteknolojia na ya bei nafuu, huondoa aina zingine za malighafi (makaa ya mawe, shale, mboga, malighafi ya wanyama, n.k.) katika karibu michakato yote ya awali ya kikaboni. Mchanganyiko wa petrochemical unategemea mafanikio ya kemia ya kikaboni, kichocheo, kimwili. kemia, kemia. teknolojia na sayansi nyingine na inahusishwa na utafiti wa kina wa utungaji wa mafuta na mali ya vipengele vyao. Michakato ya usindikaji wa malighafi ya hidrokaboni katika bidhaa zinazolengwa ni msingi wa athari nyingi za kemia ya kikaboni: pyrolysis, oxidation, alkylation, dehydrogenation na hidrojeni, halojeni, upolimishaji, nitration, sulfoneation, nk; athari za kichocheo ni muhimu zaidi kati yao. katika uzalishaji wa bidhaa. Mchanganyiko wa petrochemical unachukua nafasi kubwa katika utayarishaji wa malighafi ya hidrokaboni na utengenezaji wa hidrokaboni za msingi za awali: zilizojaa (parafini), zisizojaa (olefin, diene, asetilini), kunukia na naphthenic. Wengi wao hubadilishwa kuwa derivatives ya kazi na vikundi vyenye kazi vyenye oksijeni, nitrojeni, klorini, fluorine, sulfuri na vipengele vingine.

Hidrokaboni zilizojaa (alkane) huchukua nafasi muhimu katika suala la matumizi yao katika awali ya petrochemical.

Sura. 1. Sheria za usalama za jumla za kufanya kazi katika maabara ya kemikali

1.1. Usalama

1. Ni marufuku kabisa kufanya kazi peke yake katika maabara, kwa kuwa katika hali ya ajali hakutakuwa na mtu wa kusaidia mhasiriwa na kuondoa matokeo ya ajali.

. Wakati wa kufanya kazi katika maabara, inahitajika kufuata sheria za usafi, ukimya, utaratibu na usalama, kwani haraka na kutojali mara nyingi husababisha ajali na matokeo mabaya.

. Kila mfanyakazi anapaswa kujua mahali ambapo vifaa vya ulinzi wa moto na kitanda cha misaada ya kwanza kilicho na kila kitu muhimu kwa huduma ya kwanza iko kwenye maabara.

. Ni marufuku kabisa kuvuta sigara, kula, kunywa maji katika maabara.

. Huwezi kuanza kazi hadi wanafunzi wamefahamu mbinu zote za utekelezaji wake.

. Majaribio yanapaswa kufanywa tu katika glasi safi za kemikali. Baada ya mwisho wa jaribio, sahani zinapaswa kuosha mara moja.

. Katika mchakato wa kazi, ni muhimu kuchunguza usafi na usahihi, hakikisha kwamba vitu havipati kwenye ngozi ya uso na mikono, kwani vitu vingi husababisha hasira ya ngozi na utando wa mucous.

. Hakuna vitu kwenye maabara vinaweza kuonja. Unaweza kunusa vitu tu kwa kuelekeza kwa uangalifu mvuke au gesi kuelekea wewe mwenyewe kwa harakati kidogo ya mkono wako, na sio kuegemea kwenye chombo na sio kuvuta pumzi kwa undani.

. Chombo chochote ambacho vitendanishi huhifadhiwa kinapaswa kuandikwa kwa jina la dutu.

. Vyombo vilivyo na vitu au ufumbuzi lazima zichukuliwe kwa mkono mmoja kwa shingo, na kwa upande mwingine, kutoka chini, kusaidia chini.

. Ni marufuku kabisa kunyonya vitu vya kikaboni na ufumbuzi wao kwenye pipettes kwa kinywa.

. Wakati inapokanzwa kioevu na vitu vikali katika mirija ya majaribio na flasks, usielekeze fursa zao kwako na majirani zako. Pia haiwezekani kuangalia kutoka juu kwenye vyombo vilivyopokanzwa kwa uwazi ili kuepuka uharibifu iwezekanavyo wakati misa ya moto inatolewa.

. Baada ya kumaliza kazi, zima gesi, maji, umeme.

. Ni marufuku kabisa kumwaga ufumbuzi wa kujilimbikizia wa asidi na alkali, pamoja na vimumunyisho mbalimbali vya kikaboni, vitu vyenye harufu kali na vinavyowaka ndani ya kuzama. Taka hizi zote lazima zimimizwe kwenye chupa maalum.

. Kila maabara lazima iwe na masks ya kinga na miwani.

. Katika kila chumba cha maabara ni muhimu kuwa na vifaa vya ulinzi wa moto: sanduku na mchanga uliopigwa na kijiko kwa ajili yake, blanketi ya moto (asbestosi au nene waliona), vizima moto vya kushtakiwa.

. Katika mahali pa kupatikana katika darasa la maabara inapaswa kuwa na "Kona ya Usalama", ambapo ni muhimu kuweka maagizo maalum juu ya mbinu za usalama wa kazi na sheria za mwenendo katika chumba cha kemia.

. Wakati wa kufanya kazi katika maabara, ni muhimu kutumia vifaa vya kinga binafsi, pamoja na kuchunguza sheria za usafi wa kibinafsi.

1.2 Masharti ya jumla ya kazi katika maabara ya awali ya petrochemical

Maabara huajiri wanasayansi, wahandisi na wasaidizi wa maabara walioalikwa kutoka vituo vya kisayansi vinavyoongoza. Mwelekeo kuu wa kazi ya maabara ni kuundwa kwa teknolojia kwa ajili ya uzalishaji wa bidhaa za awali za kikaboni. Uundaji wa mifumo ya kichocheo isiyo na usawa na tofauti kwa michakato mpya na iliyopo ya petrokemikali pia unaendelea.

Kazi ya utafiti na maendeleo ya maabara ya NHS imejitolea kwa:

vichocheo vipya vya upolimishaji kwa ajili ya uzalishaji wa misombo ya macromolecular;

marekebisho ya kemikali ya polima za viwanda;

maendeleo ya teknolojia mpya za kupata monomers zilizopo;

kupata monoma mpya za kuahidi;

tafuta mbinu za utupaji na usindikaji wa taka kutoka kwa makampuni ya kemikali.

Maabara ina vifaa vyote muhimu vya kufanya kazi zilizopewa. Kwa kazi chini ya shinikizo, anuwai ya mitambo ya kisasa inayodhibitiwa na kompyuta hutumiwa. Kwa misombo ya organometallic na vitu vingine nyeti sana kwa unyevu na oksijeni, kazi hufanyika katika masanduku ya glavu. Mfumo wa microwave wa kemikali wa MARS huruhusu athari kufanywa kwa joto hadi 3000C na shinikizo hadi 100 atm. Maabara ina vifaa vya ziada vya maabara ya jumla kutoka kwa wazalishaji wakuu wa ulimwengu.

Shirika la kazi katika maabara

Maabara za michakato na vifaa vya teknolojia ya kemikali na chakula zina vifaa vya usakinishaji wa nusu ya viwanda (majaribio), ambapo wanafunzi husoma michakato kwa majaribio. Usindikaji wa data ya majaribio iliyopatikana kwenye mitambo na mbinu za hisabati hufanya iwezekanavyo kuchambua ushawishi wa vigezo kwenye mchakato.

Maabara hufanya kazi ya maabara katika taaluma zifuatazo: "Michakato na vifaa vya teknolojia ya kemikali", "Michakato na vifaa vya uzalishaji wa chakula", "Teknolojia ya kemikali ya jumla", "Modeling na hesabu ya kompyuta ya michakato ya kemikali-teknolojia", nk.

Usindikaji wa data ya majaribio na njia ya kupanga jaribio

Lengo kuu la upangaji wa majaribio ni kufikia usahihi wa juu wa kipimo na idadi ya chini ya majaribio na kudumisha uaminifu wa takwimu wa matokeo. Upangaji wa majaribio hutumiwa wakati wa kutafuta hali bora zaidi, kuunda fomula za ukalimani, kuchagua vipengele muhimu, kutathmini na kuboresha viunzi vya miundo ya kinadharia, n.k. Upangaji wa majaribio (majaribio tendaji) katika kemia, sehemu ya takwimu za nyenzo inayochunguza mbinu za kupanga seti. ya majaribio na hali tofauti ili kupata taarifa ya kuaminika zaidi kuhusu mali ya kitu chini ya utafiti mbele ya perturbations random random. Kiasi ambacho huamua hali ya jaribio fulani kawaida huitwa sababu (kwa mfano, joto, mkusanyiko), jumla yao inaitwa nafasi ya sababu. Seti ya thamani za kipengele hubainisha sehemu fulani katika nafasi ya kipengele, na jumla ya majaribio yote hufanya kile kinachojulikana kama jaribio la msingi. Eneo la pointi katika nafasi ya sababu huamua mpango wa jaribio, ambalo linabainisha idadi na masharti ya majaribio na usajili wa matokeo yao.

Upangaji wa jaribio ulianzishwa na kazi za P. Fisher (1935). Alionyesha kuwa upangaji wa kimantiki wa jaribio unatoa faida kubwa katika usahihi wa makadirio kuliko uchakataji bora wa matokeo ya kipimo. Upangaji wa majaribio hutumiwa kusoma na kuelezea kihesabu michakato na matukio kwa kuunda mifano ya hesabu (kwa njia ya kinachojulikana kama equations za rejista) - uhusiano unaounganisha maadili ya mambo na matokeo ya jaribio kwa kutumia idadi ya vigezo, inayoitwa. . majibu. Sharti kuu la mipango ya majaribio ya kimsingi, tofauti na jaribio la kupita kiasi, ni kupunguza idadi ya majaribio, ambayo makadirio ya kuaminika ya vigezo vilivyohesabiwa hupatikana wakati wa kudumisha usahihi unaokubalika wa mifano ya hisabati katika eneo fulani la nafasi ya kipengele. Katika kesi hii, kazi ya usindikaji wa matokeo ya jaribio la msingi ni kuamua maadili ya nambari ya vigezo vilivyoonyeshwa.

Matatizo makubwa yanalenga kuamua thamani bora ya kazi ya lengo, ambayo inachukuliwa kama thamani ya mchakato wa sifa ya maslahi kwa mtafiti. Matatizo hayo yanaweza kutatuliwa kwa angalau njia mbili: pamoja na bila ya ujenzi wa mfano wa hisabati. Kwa msingi wa mpango uliochaguliwa, mfano hujengwa ambao unalingana na jibu linalozingatiwa, na kuitumia, kwa kutumia njia zinazojulikana za kutafuta uliokithiri, maadili ya mambo yanapatikana ambayo kazi ya lengo iliyoamuliwa na mfano itakuwa. kuwa uliokithiri. Ikiwa maadili yaliyopatikana ya mambo yanayolingana na hatua kali iko kwenye mpaka wa mpango uliotumika, eneo la upangaji linaweza kubadilishwa au kupanuliwa na mtindo mpya unajengwa, baada ya hapo utaftaji wa uliokithiri unarudiwa. Tatizo linachukuliwa kutatuliwa ikiwa kuratibu zilizohesabiwa za hatua ya mwisho ziko ndani ya eneo linalojulikana na mpango uliotumiwa.

Katika mazoezi, mbinu hii mara nyingi hutekelezwa kwa kutumia kinachojulikana njia ya kupanda mwinuko (njia ya Box-Wilson). Chagua mahali pa kuanzia; kulingana na matokeo yake, vigezo vya mfano wa hisabati wa utaratibu wa 1 vinahesabiwa. Ikiwa mfano ni wa kutosha, hutumiwa kuamua mwelekeo wa mabadiliko ya mambo yanayohusiana na harakati kwa thamani kali ya kazi ya lengo katika mwelekeo wa gradient au anti-gradient (kwa mtiririko huo, wakati wa kutafuta kiwango cha juu au cha chini). . Harakati katika mwelekeo uliochaguliwa unafanywa kwa msaada wa majaribio ya mfululizo na hufanyika mpaka majibu yanabadilika kwa njia inayotaka. Utaratibu hapo juu unarudiwa hadi mfano wa kutosha ujengwe katika kila hatua. Upungufu wa mfano uliopatikana katika hatua inayofuata unaonyesha kwamba, labda, eneo la mwisho limefikiwa, ambalo mfano wa mstari hauwezi kutumika tena. Ili kufafanua nafasi ya uliokithiri katika eneo hili, unaweza kutumia mfano wa utaratibu wa 2 uliojengwa kwa kutumia mipango inayofanana.

Jaribio la moja kwa moja kwenye kitu (bila kujenga mfano). Mkakati wa kufanya majaribio huamuliwa na mbinu iliyochaguliwa ya uboreshaji. Katika kesi hii, thamani ya kazi ya lengo haijahesabiwa kulingana na mfano, lakini inapatikana moja kwa moja kutoka kwa jaribio lililofanywa chini ya hali zinazofaa. Mara nyingi, ili kupata thamani bora ya kazi ya lengo, njia rahisi ya mlolongo, njia ya Gauss-Seidel, nk hutumiwa (kinetics) ya michakato ya msingi inayotokea ndani yao.

Kati ya kazi zinazotatuliwa na njia za upangaji wa majaribio, tunaweza kutofautisha:

) uamuzi (uboreshaji) wa vigezo vya mfano;

) kinachojulikana. ubaguzi, yaani, kukataliwa kwa taratibu zinazoweza kuthibitishwa za michakato ya msingi.

Ili kuboresha vigezo vya mifano ya kuamua, ni muhimu kuchagua mpango huo wa majaribio ambao utatoa makadirio bora ya kiasi kinachojulikana. Wakati wa kutaja vigezo, upangaji wa jaribio unakabiliwa na shida kadhaa.

Ya kuu ni pamoja na:

) haja ya kuwa na mpango tofauti kwa kila darasa la mifano, yaani, katika kila hali maalum, mtafiti lazima ahesabu eneo bora la pointi katika nafasi ya sababu ya kuanzisha majaribio ya kufafanua;

) hitaji la kuhesabu vigezo vya kuamua mifano kwa kutumia njia za uboreshaji; hii ni kawaida kutokana na kutokuwa na mstari wa mifano hii kwa heshima na vigezo vilivyowekwa.

Kazi ya ubaguzi ni kuchagua mfano kama huo kati ya mifano kadhaa inayoshindana ambayo inaonyesha kwa usahihi utaratibu wa mchakato na ina uwezo bora wa kutabiri. Kazi hii inatekelezwa kwa kulinganisha matokeo ya kutathmini mawasiliano ya modeli na data ya majaribio wakati wa kutumia maelezo tofauti ya mchakato au jambo moja. Mbinu rahisi zaidi ya ubaguzi ni kukokotoa vigezo vya kila modeli iliyopendekezwa kutoka kwa data ya majaribio na kisha kulinganisha tofauti zilizosalia. Mfano ulio na tofauti ndogo zaidi ya mabaki huchukuliwa kama kielelezo kilichochaguliwa. Ikiwa haiwezekani kuchagua utaratibu ambao haupingani na data ya majaribio, basi ama eneo la utafiti linapanuliwa au eneo la pointi katika nafasi ya kipengele hubadilishwa na operesheni inarudiwa. Faida ya mbinu hii iko katika ukweli kwamba mtafiti wakati huo huo hutatua matatizo yote mawili - hesabu ya vigezo na ubaguzi wa mifano. Hasara ni pamoja na ukweli kwamba hii mara nyingi inahitaji muda mwingi wa majaribio na hesabu ya vigezo vya mfano.

Kazi ya vitendo juu ya awali ya petrochemical

Kazi ya vitendo inategemea mafanikio ya kemia ya kikaboni, catalysis, kemia ya kimwili, teknolojia ya kemikali, na sayansi nyingine na inahusishwa na utafiti wa kina wa utungaji wa mafuta na mali ya vipengele vyake. Michakato ya usindikaji wa malighafi ya hidrokaboni katika bidhaa zinazolengwa ni msingi wa athari nyingi za kemia ya kikaboni: pyrolysis, oxidation, alkylation, dehydrogenation na hidrojeni, halojeni, upolimishaji, nitration, sulfoneation, nk; athari za kichocheo ni muhimu zaidi kati yao. Katika uzalishaji wa bidhaa kutoka kwa awali ya petrochemical, nafasi kubwa inachukuliwa na maandalizi ya malighafi ya hidrokaboni na uzalishaji wa hidrokaboni za msingi za awali: zilizojaa (parafini), zisizojaa (olefin, diene), kunukia na naphthenic. Wengi wao hubadilishwa kuwa derivatives ya kazi na vikundi vyenye kazi vyenye oksijeni, sulfuri, na vipengele vingine. Ya umuhimu mkubwa ni michakato ya ubadilishaji wa hidrokaboni ya parafini kuwa gesi ya awali (mchanganyiko wa monoksidi kaboni na hidrojeni, angalia Ubadilishaji wa Gesi). Malighafi inaweza kuwa gesi asilia, gesi zinazohusiana, kusafisha mafuta na sehemu yoyote ya mafuta. Amonia hutumika kama bidhaa ya awali kwa ajili ya uzalishaji wa mbolea (nitrati ya amonia, urea), asidi hidrosianiki, nk. Ubadilishaji wa hatua mbili wa methane pia hutoa monoksidi ya kaboni iliyokolea, ambayo hutumiwa kwa michakato mingi. Methanoli huzalishwa kutoka kwa monoxide ya kaboni na hidrojeni - malighafi ambayo formaldehyde hupatikana, bidhaa muhimu zaidi kwa ajili ya uzalishaji wa plastiki, varnishes, adhesives, na vifaa vingine.

Derivatives ya halojeni ya parafini huzalishwa kwa kiwango cha viwanda. Methyl kloridi, klorofomu, tetrakloridi kaboni, na bidhaa zingine zinapatikana kutoka kwa methane. Kloridi ya methylene na tetrakloridi kaboni ni vimumunyisho vyema. Chloroform hutumiwa kwa ajili ya awali ya tetrachlorethilini, derivatives ya klorofluoro, thamani ya tetrafluoroethilini monoma, na wengine. Klorini ya ethane hutoa hexachloroethane na derivatives nyingine za klorini. Bidhaa ya klorini ya mafuta ya taa dhabiti, mafuta ya taa ya klorini-40, hutumiwa kama plastiki, parafini ya klorini-70 hutumiwa kuingiza karatasi na vitambaa na kuongezeka kwa upinzani wa moto. Bidhaa za fluorination kamili ya sehemu nyembamba za mafuta ya taa na mafuta ya gesi ni mafuta ya thamani na maji ya majimaji yenye upinzani wa juu wa mafuta na kemikali. Wanaweza kufanya kazi kwa muda mrefu kwa 250-300C katika mazingira ya fujo sana. Freons - derivatives ya klorofluoro ya methane na ethane - hutumiwa kama friji kwenye friji. Nitration ya propani na parafini inayochemka zaidi ya 160-180C na asidi ya nitriki hutoa mchanganyiko wa nitroparafini. Hutumika kama vimumunyisho na vipatanishi katika usanisi wa nitroalcohols, aminoalcohols, na vilipuzi. Naphthenes. Kati ya hidrokaboni hizi, cyclohexane pekee imekuwa ya umuhimu mkubwa. Kwa kiasi kidogo, cyclohexane inatolewa na kunereka wazi kwa sehemu za petroli ya mafuta (iliyo na 1-7% ya cyclohexane na 1-5% ya methylcyclopentane). Methylcyclopentane inabadilishwa kuwa cyclohexane kwa isomerization na kloridi ya alumini. Haja ya kiviwanda ya cyclohexane inakidhishwa hasa na uzalishaji wake kwa utiaji hidrojeni wa benzene mbele ya kichocheo.

Oxidation ya cyclohexane na oksijeni ya anga hutoa cyclohexanone na asidi ya adipic, ambayo hutumiwa katika uzalishaji wa nyuzi za synthetic za polyamide (kapron na nylon). Asidi ya adipiki na asidi nyingine ya dicarboxylic iliyopatikana kwa oxidation ya cyclohexane hutumiwa kuunganisha esta zinazotumiwa kama mafuta ya kulainisha na plastiki. Cyclohexanone hupata matumizi kama kutengenezea na pia kama mbadala ya kafuri. Kipaumbele kikubwa hulipwa kwa maendeleo ya awali ya microbiological kulingana na malighafi ya petroli. Protini-vitamini huzingatia lishe ya wanyama hupatikana kutoka kwa hidrokaboni ya parafini.

Sura. 2. Aina za taratibu

1 Michakato ya hidrojeni na dehydrogenation

Katika usanisi wa kikaboni, miitikio ya hidrojeni (nyongeza ya H2) inahusisha molekuli yoyote ambayo haijajazwa. Mchanganyiko wa Fischer-Tropsch kutoka CO na H2, usanisi wa methanoli kutoka CO, CO2 na H2 pia huainishwa kama athari za hidrojeni, hata hivyo, katika muundo wa Fischer-Tropsch wa hidrokaboni, pamoja na kuongezwa kwa H2, hidrojeni yenye uharibifu hutokea na. kuvunjika kwa dhamana ya CO. Uharibifu wa hidrojeni pia ni pamoja na hidrojeni ya dhamana ya C-C - michakato ya hydrocracking, kwa mfano,

na hidrojeni ya dhamana ya C-S (michakato ya hydrodesulfurization ya sehemu za petroli)

Mwitikio wa kinyume kwa hidrojeni - mchakato wa dehydrogenation - unachukua nafasi muhimu katika awali ya kikaboni ya viwanda na katika michakato ya kusafisha mafuta. Alkanes na alkylbenzenes hupungukiwa na maji (awali ya butadiene, isoprene, styrene), naphthenes (benzene kutoka cyclohexane), alkoholi (awali ya formaldehyde, acetone, isovaleric aldehyde, cyclohexanone). Metali na misombo yao hutumiwa kama vichocheo vya hidrojeni:

Vichocheo vya chuma - Pt, Pd, Ni, Co, Rh, Ru, Cu - kwa namna ya metali nyingi, aloi, vichocheo vinavyoungwa mkono (M / carrier) na metali ya mifupa (Raney nickel, Raney shaba), ambayo hupatikana kwa leaching Al. kutoka Al- Ni, Al-Cu, nk.

Sulfidi za chuma - NiS, CoS, Mo2S3, W2S3.

Oksidi za metali hutumiwa kwa michakato ya dehydrogenation, kwa kuwa kwa joto la juu (> 200 ° C) metali ni kazi sana na husababisha michakato ya uharibifu. Vichocheo vya dehydrogenation ni oksidi zifuatazo: ZnO, Cr2O3, Mo2O3, W2O3, MgO. Kwa joto la juu (> 450оС) dehydrogenation ya alkoholi pia huzingatiwa kwenye -Al2O3.

Hatua muhimu zaidi ya michakato ya hidrojeni ni uanzishaji wa molekuli ya hidrojeni. Katika kesi ya muundo wa chuma katika suluhisho, utaratibu wa uanzishaji wa hidrojeni sasa uko wazi:

Mabadiliko ya tata ya msingi inategemea asili ya chuma, hali yake ya oxidation, na ligands katika nyanja ya uratibu. Homolysis na heterolysis inawezekana:

Ushiriki wa molekuli ya H2 isiyohusishwa katika michakato ya hidrojeni ya homogeneous bado haijaanzishwa. Hydrogenolysis ya dhamana ya M-C, kwa mfano, wakati wa hydroformylation ya olefins.

pia inazingatiwa kama matokeo ya mgawanyiko wa homolytic wa molekuli ya H2 kwenye atomi ya Co. Juu ya uso wa metali, mgawanyiko wa homolytic wa H2 hufanyika na kuundwa kwa atomi za hidrojeni za uso na atomi za hidrojeni kufutwa katika kimiani ya chuma. Mbele ya kutengenezea polar (S), mchakato wa adsorption H2 juu ya metali inaweza kuendelea heterolytically na hata kuambatana na ionization kamili na uhamisho wa 2 'kwa chuma.

Katika kesi hii, molekuli ya kiwanja cha hidrojeni hupunguzwa na elektroni zinazohusiana na chuma. Wakati wa kuunda mifano ya kinetic ya michakato ya hidrojeni kwenye metali, dhana za uso wa homogeneous, uso usio na usawa (mifano ya Langmuir-Hinshelwood) na uso usio na usawa hutumiwa. Kwa mfano, katika hidrojeni ya ethilini katika mfumo wa hypothesis ya mwingiliano wa ethilini na hidrojeni adsorbed juu ya uso wa Nisolid:

(6);

Kwenye uso wa sare:

(7);

Kwenye uso usio na usawa:

(8);

Mchakato wa kuleta mageuzi unalenga kusomerization na kunusa kwa n-parafini bila kubadilisha uzito wa molekuli (idadi ya atomi za kaboni) katika molekuli asili wakati wa mabadiliko. Maoni makuu:

a) ladha

b) dehydrocyclization ya parafini

(10);

c) isomerization ya mifupa

d) upungufu wa hidrojeni

Urekebishaji hutumiwa kupata petroli za oktani ya juu na misombo ya kunukia kutoka kwa naphtha (kiwango cha kuchemsha 80 - 160 ° C), ambayo hutolewa kutoka kwa petroli na kutumika kama malighafi kwa ajili ya hydrocracking au kwa usanisi wa kikaboni. Mchakato huo unafanywa katika safu ya 380 - 520 ° C kwa shinikizo la 10 - 40 atm kwenye vichocheo tofauti vya bifunctional - chuma na asidi - Pt kwenye Cl- au F- alumina (au aluminosilicate) iliyokuzwa. Hivi majuzi, Pt-Re/Al2O3 au vichocheo vya polymetali kwenye Al2O3 vimetumika. Tatizo kuu katika mchakato wa kurekebisha ni mchakato wa kuzima na kupika kichocheo (angalia Kiambatisho 1).

Ioni zilizo katika mstatili zinaweza kuwa na elektroni zilizotengwa. Mifano ya hidrojeni ya vifungo vya C-S na ushiriki wa tata za chuma za mpito tayari zimeonekana. Uchunguzi wa mifumo hiyo itafanya iwezekanavyo kuanzisha utaratibu wa mchakato na asili ya wa kati iwezekanavyo.

Mchakato wa alkylation hutumika sana katika tasnia ya petrokemikali kutoa vifaa vya petroli ya octane ya juu. Malisho ya mchakato ni isobutane na butane-butylene au sehemu ya propane-propylene iliyopatikana katika mchakato wa kupasuka kwa kichocheo.

Mchakato wa kupanda kwa alkylation ya asidi ya sulfuriki inajumuisha sehemu kadhaa. Hapo awali, vifaa vya kuwa alkylated lazima vipozwe hadi 4 - 50C (400F) na kuhamishiwa kwenye awamu ya kioevu.

Utaratibu huu unafanywa katika kifaa cha friji kwa shinikizo la juu (3 - 15 atm). Zaidi ya hayo, dutu hii huingia kwenye kizuizi cha reactor kinachojumuisha reactor kadhaa tofauti. Kwa kuongeza, asidi ya sulfuriki huongezwa kwa bidhaa za mmenyuko kioevu katika reactor kama kichocheo cha mchakato.

Idadi ya visehemu na muundo wa kinu ya kinu inapaswa kutoa uwepo wa muda mrefu na uchanganyaji wa mara kwa mara wa molekuli katika eneo la reactor kutekeleza majibu ya alkylation. Baada ya dakika 15 - 20, bidhaa za reactor hulishwa kwa kitengo cha kutenganisha asidi. Sump ya asidi ni chombo bila fadhaa. Inatenganisha asidi kutoka kwa hidrokaboni. Tofauti ya msongamano kati ya dutu inaruhusu hidrokaboni kuinuka kwenye chombo. Asidi, kwa upande wake, huzama chini na kurudi kwenye reactor. Na hidrokaboni huenda kwa kuosha alkali katika chombo maalum. Katika kitengo cha kuosha alkali, bidhaa za alkylation zinatibiwa na soda caustic, ambayo hupunguza asidi. Baada ya kuosha, mchanganyiko wa hidrokaboni huingia sequentially katika safu tatu za kawaida za kunereka - debutanizer, deisobutanizer, depropanizer. Wanatenganisha mchanganyiko katika hidrokaboni za gesi za alkylate na zilizojaa. Katika kesi hii, isobutane inatumwa kwa kitengo cha friji kwa kupitisha tena mchakato.

Vifaa kwa ajili ya mchakato wa alkylation:

Kitengo cha friji GOST 11875-88

Kiwango hiki kinatumika kwa madhumuni ya jumla ya kupozea ngoma zinazotumika katika kemikali na tasnia nyingine kwa ajili ya kupoeza vitu vingi visivyolipuka. Kiwango haitumiki kwa baridi za ngoma kwa saruji na viwanda vya udongo vilivyopanuliwa.

Reactors kwa alkylation GOST 20680-2002

Kiwango hiki kinatumika kwa vifaa vya chuma vilivyo na vichochezi vya mitambo na kiasi cha kawaida cha mita za ujazo 0.01 hadi 100. , iliyokusudiwa kutekeleza michakato mbalimbali ya kiteknolojia katika vyombo vya habari vya kioevu na wiani wa hadi 2000 kg / m3. na mnato wa nguvu sio zaidi ya 200 Pa. s katika halijoto ya kufanya kazi kutoka minus 40 hadi pamoja na digrii 350. C na overpressure ya kazi ya si zaidi ya 6.3 MPa, kwa ajili ya vifaa vya mpira-lined katika suala la utengenezaji wa miundo ya chuma, pamoja na kwa ajili ya vifaa vya uendeshaji bila ya shinikizo na chini ya utupu na shinikizo mabaki ya angalau 665 Pa. Kiwango hiki hakitumiki kwa vifaa vilivyo na mipako ya enamel na vifaa vilivyotengenezwa kwa chuma cha kutupwa na vifaa visivyo vya metali, pamoja na joto na gesi za flue au moto wazi.

Kitengo cha kutenganisha asidi na kitengo cha kuosha alkali GOST 26159-84

Kiwango hiki kinatumika kwa vyombo vya chuma na vifaa vinavyotumika katika tasnia ya kemikali, kusafisha mafuta na inayohusiana. Inaweka mahitaji ya jumla ya viwango na mbinu za kuhesabu nguvu ya vipengele vya miundo ya vyombo na vifaa vinavyofanya kazi chini ya mizigo ya tuli.

Nguzo za kunereka GOST 21944-76

Kiwango hiki kinatumika kwa vifaa vya safu na kipenyo cha ndani cha 400 hadi 10000 mm, kilichofanywa kwa karatasi ya chuma.

3 Michakato ya oxidation

Katika mchakato wa mmenyuko wa redox, wakala wa kupunguza hutoa elektroni, yaani, ni oxidized; Wakala wa oxidizing hupata elektroni, yaani, hupunguzwa.

Aidha, majibu yoyote ya redox ni umoja wa mabadiliko mawili kinyume - oxidation na kupunguza, hutokea wakati huo huo na bila kujitenga kwa moja kutoka kwa nyingine.

Oxidation ni mchakato wa kutoa elektroni, na ongezeko la kiwango cha oxidation.

Wakati dutu iliyooksidishwa, kama matokeo ya mchango wa elektroni, hali yake ya oxidation huongezeka. Atomi za dutu iliyooksidishwa huitwa wafadhili wa elektroni, na atomi za wakala wa oksidi huitwa wapokeaji wa elektroni. Katika baadhi ya matukio, inapooksidishwa, molekuli ya dutu asili inaweza kuyumba na kugawanyika katika viambajengo thabiti zaidi na vidogo (angalia Viini vya bure). Zaidi ya hayo, baadhi ya atomi za molekuli zinazosababishwa zina kiwango cha juu cha oxidation kuliko atomi sawa katika molekuli ya awali. Wakala wa oxidizing, kukubali elektroni, hupata mali ya kupunguza, kugeuka kuwa wakala wa kupunguza conjugated: wakala wa oxidizing + e- ↔ wakala wa kupunguza conjugated.

Ufufuaji ni mchakato wa kuunganisha elektroni kwenye atomi ya dutu, wakati hali yake ya oxidation inapungua. Wakati wa kupunguza, atomi au ioni hupata elektroni. Katika kesi hii, hali ya oxidation ya kipengele hupungua.

Katika mmenyuko wowote wa redox, jozi mbili za redox zilizounganishwa hushiriki, kati ya ambayo kuna ushindani wa elektroni, kama matokeo ambayo athari mbili za nusu hutokea: moja inahusishwa na kuongezwa kwa elektroni, yaani, kupunguza, na nyingine na kutolewa kwa elektroni, yaani oxidation. Katika athari za redox, elektroni huhamishwa kutoka atomi moja, molekuli, au ioni hadi nyingine. Mchakato wa kutoa elektroni ni oxidation. Wakati oxidized, hali ya oxidation huinuka. Mchakato wa kuongeza elektroni ni kupona. Inapopunguzwa, hali ya oxidation hupungua. Atomu au ayoni zinazotoa elektroni katika mmenyuko huu ni vioksidishaji, na zile zinazotoa elektroni ni mawakala wa kunakisi.

4 Michakato ya esterification, hidrolisisi, hydration, upungufu wa maji mwilini

Athari za hidrolisisi huitwa uingizwaji au michakato ya kubadilishana mara mbili inayotokea chini ya hatua ya maji au alkali. Inaweza kuainishwa katika miitikio ya hidrolisisi ambayo huendelea na mgawanyiko wa vifungo vya C-Cl, CO, CN, n.k. Tofauti na hidrolisisi, miitikio ya uhamishaji maji hupunguzwa hadi kuongezwa kwa maji kwenye vifungo vya CC isokefu, kwa dhamana ya CN tatu ya nitrili, nk. Baadhi ya athari za uhamishaji maji ni usawa; mchakato wa nyuma wa kugawanyika kwa maji huitwa upungufu wa maji mwilini, ambayo inaweza kuwa si tu intra-, lakini pia intermolecular. Mchakato wa esterification ni mmenyuko wa mwingiliano wa alkoholi na asidi za kikaboni, anhidridi zao au kloridi ya asidi na malezi ya esta. Mchakato wa amidation - mmenyuko wa mwingiliano wa amonia, amini za msingi au za sekondari na asidi ya kaboksili, amidi za asidi hupatikana. Miitikio hii inaweza kutenduliwa na kwa namna nyingi sawa na miitikio ya esterification, lakini hutofautiana na miitikio ya mwisho kwa kuwa msawazo umehamishwa kwa nguvu kwenda kulia.

Masharti ya kupata glycerin kutoka kwa malighafi isiyo ya chakula:

upunguzaji wa kloridi ya allyl hadi dichlorohydrin ikifuatiwa na saponification yake kwa epichlorohydrin na hidrolisisi ya alkali;

hidrolisisi ya kloridi ya allyl kwa alkoholi, ikifuatiwa na epoxidation yake na peroksidi hidrojeni hadi pombe ya glycide na hidrolisisi kuunda GLYCEROL;

isomerization ya oksidi ya propylene kwa alkoholi ya allyl na usindikaji unaofuata kama katika njia ya pili.

Pombe kutoka kwa olefini zinaweza kupatikana kwa kunyunyiziwa kwa moja kwa moja au kwa njia isiyo ya moja kwa moja kupitia athari kadhaa zinazofuatana. Uboreshaji wa moja kwa moja wa olefins husababisha kuundwa kwa pombe za sekondari au za juu (isipokuwa ethylene, ambayo pombe ya ethyl hupatikana). Ya njia zisizo za moja kwa moja za kupata pombe, njia inayojulikana zaidi inategemea kuongeza kwa asidi ya sulfuriki kwa olefins. Kwanza, mono- au diesters ya asidi ya sulfuriki huundwa, ambayo hutiwa hidrolisisi kwa alkoholi zinazofanana. Wakati wa kusoma njia za kutengeneza pombe ya ethyl, makini na mambo ambayo huamua uchaguzi wa njia ya kuongeza ethylene. Kwa kuongeza, kuna mbinu mbili za kiteknolojia za hydration moja kwa moja ya ethylene, ambayo hutofautiana katika utoaji wa mvuke na njia ya kupokanzwa mchanganyiko wa gesi ya mvuke. Ili kupata pombe ya isopropyl katika sekta, njia ya hydration moja kwa moja ya propylene hutumiwa. Njia za uhamishaji wa moja kwa moja wa propylene ni tofauti zaidi kuliko ethylene, ni nini kufanana na tofauti kati ya njia hizi. Ni nini kinachoelezea kuongezeka kwa umakini kwa usalama wa utengenezaji wa vileo. Wakati wa kujifunza uzalishaji wa acetate ya ethyl, makini na mavuno ya jumla ya ether, ambayo ni 95% ya kinadharia, hii inawezaje kuelezewa? Michakato ya amidation ni ya umuhimu mkubwa kwa tasnia ya usanisi wa kimsingi wa kikaboni na petrokemikali, kwani hufanya iwezekane kupata bidhaa za thamani sana na za kati kwa usanisi zaidi. Miongoni mwa muhimu zaidi ni: uzalishaji wa dimethylformamide, dimethylacetamide, ethanolamides, plasticizers, herbicides, manomers kwa nyuzi za synthetic.

5 Michakato ya uongezaji na ufupishaji kwenye kikundi cha kabonili

Michanganyiko ya kabonili ni misombo iliyo na kikundi kimoja au zaidi cha kabonili (C=O). Hizi ni pamoja na CO, CO2, carbonates, urea na wengine wengi. Hata hivyo, katika kemia ya kikaboni, aldehidi na ketoni pekee hueleweka kama misombo ya kabonili, na kwa kiasi kidogo asidi ya kaboksili na derivatives yao. Katika aldehidi, kundi la kabonili huunganishwa kwa radical moja ya hidrokaboni na atomi moja ya hidrojeni, wakati katika ketoni, kundi la oxo linaunganishwa na radicals mbili za hidrokaboni.

Kaboni ya kabonili, ikiwa katika hali ya mseto wa sp2, huunda dhamana maradufu na atomi ya oksijeni. Oksijeni katika misombo ya oxo ina jozi mbili za elektroni zisizounganishwa. Oksijeni ina uwezo wa juu wa elektroni kuliko kaboni, na elektroni za y- na, haswa, vifungo vya p za kaboni na oksijeni huhamishiwa kwa atomi ya oksijeni. Kwa maneno mengine, kundi la carbonyl ni polar sana. Matokeo ya kemikali ya polarity ya kundi la kabonili ni aina mbalimbali za athari za nyongeza za vitendanishi mbalimbali vya polar kwenye kundi la kabonili.

Jozi za elektroni pekee za oksijeni ya kabonili huipa kikundi cha kabonili mali ya msingi dhaifu kulingana na Lewis, ambayo ina jukumu muhimu katika tafsiri ya mali ya kemikali ya aldehidi na ketoni.

Ongezeko la misombo ya organometallic:

Misombo ya Organometallic huongeza kwa misombo ya kabonili kuunda magnesiamu au alkoxides ya lithiamu, ambayo hubadilika kuwa hidrolisisi kwa alkoholi. Katika kesi ya kuongeza reagent ya Grignard kwa formaldehyde, pombe za msingi hupatikana, mmenyuko sawa na aldehydes nyingine na ketoni husababisha kuundwa kwa pombe za sekondari na za juu, kwa mtiririko huo. Kupata pombe za sekondari na za juu kutoka kwa misombo ya organomagnesium na aldehydes au ketoni mara nyingi ni ngumu na taratibu za upande. Athari za upande zinaweza kuondolewa kabisa ikiwa misombo ya organolithium inatumiwa kushikamana na kundi la carbonyl. Katika kesi hii, inawezekana hata kutekeleza ujumuishaji wa pombe za hali ya juu zilizo na vikundi vitatu vya alkyl wakati huo huo kwenye atomi ya kaboni ya kaboni:

Oxidation ya misombo ya carbonyl:

Aldehidi hutiwa oksidi kwa urahisi kwa asidi ya kaboksili, sio tu kwa hatua ya vitendanishi kama vile permanganate au dichromate, lakini hata kwa hatua ya vioksidishaji dhaifu kama ioni ya fedha. Kwa hiyo, ili kutambua aldehidi, mmenyuko wa "kioo cha fedha" hutumiwa: aldehyde humenyuka na reagent ya Tollens (suluhisho la amonia la fedha) ili kuharakisha fedha za metali kwa namna ya mipako ya kioo. Oxidation ya ketoni huendelea chini ya hali mbaya zaidi, na matumizi ya mawakala wa vioksidishaji vikali katika mazingira ya tindikali au alkali, kwani mmenyuko unaambatana na kuvunja dhamana ya kaboni-kaboni. Ketoni nyingi hupasuka pande zote za kundi la kabonili, na kusababisha mchanganyiko wa asidi.

Marejesho ya misombo ya carbonyl:

Aldehidi hupunguzwa kuwa alkoholi za msingi, na ketoni hadi zile za sekondari, ama kama matokeo ya hidrojeni ya kichocheo au kwa kutumia hidridi ngumu: borohydride ya sodiamu na hidridi ya alumini ya lithiamu. Borohydride ya sodiamu, tofauti na hidridi ya alumini ya lithiamu, hutoa kupunguzwa kwa kuchagua kwa kundi la carbonyl ya aldehydes na ketoni mbele ya makundi mengine ya kazi (ester, nitrile, amide) na vifungo viwili vya C-C, ambayo reagent hii haiathiri.

Kupunguza ketoni kwa kundi la methylene na zinki iliyounganishwa katika asidi hidrokloric (Clemmensen kupunguza) hutoa alkylbenzene na kundi la msingi la alkili.

b-Halojeni ya misombo ya carbonyl:

Aldehidi na ketoni zinaweza kuguswa na halojeni kwa uingizwaji wa atomi za hidrojeni kwenye atomi ya b-kaboni.

Katika mazingira ya alkali, mmenyuko ni vigumu kuacha katika hatua ya monohalogenation, kwani derivative ya monohalogen chini ya hali hizi hupitia halogenation inayofuata kwa kasi zaidi kuliko aldehyde ya kuanzia au ketone. Kwa hiyo, chini ya hali hizi, atomi zote 6-hidrojeni hubadilishwa na halojeni. Misombo ya Monohalocarbonyl hupatikana mbele ya asidi

6 Michakato ya sulfation na sulfation

Sulfoneation (sulfonation), kuanzishwa kwa kikundi cha sulfo SO2OH kwenye org ya molekuli. miunganisho; kwa maana pana, sulfonation ni kuanzishwa kwa kundi la SO2X (X = OH, ONa, OAlk, OAr, Hal, NAlk2, nk). Juu ya kuanzishwa kwa kikundi cha SO3H na uundaji wa vifungo vya O-S (O-sulfonation, sulfation, sulfoesterification).

Mchakato, kinyume cha sulfonia (kuondolewa kwa kikundi cha SO2X kutoka kwa molekuli ya kiwanja cha kikaboni), inaitwa. desulfonation (desulfonation). Sulfonation inafanywa moja kwa moja kwa kutumia mawakala wa sulfonating au kwa njia isiyo ya moja kwa moja, kwa mfano, kwa kuanzisha kikundi cha sulfo katika utungaji wa vipande vya sulfoalkyl (CH2)nSO2X. Wakala wa sulfonating: H2SO4, SO3 na muundo wake na org. misombo (esta, amini ya juu na fosfini, amidi ya asidi ya kaboksili, phosphates ya majaribio, nk), oleum. SOCl2, asidi ya halosulfoniki na sulfamic, sulfati za dialkyl, acyl sulfates.

Sulfoni ya kunukia. hidrokaboni inapita kupitia utaratibu wa electrophoresis. Ubadilishaji (angalia Kiambatisho 2).

Mmenyuko unafanywa wote katika mvuke na katika awamu ya kioevu (vimumunyisho: SO2, CC14, freons, nk). Wakati sulfonating na asidi ya sulfuri, ziada ya asidi hutumiwa kuhamisha usawa kwa haki, au maji yanafungwa na kuongeza oleum, kunereka kwa azeotropic, nk.

Michanganyiko iliyo na viambajengo vinavyotoa elektroni ni tendaji zaidi na mara nyingi hutiwa salfa. katika nafasi za ortho na para; misombo yenye viambajengo vya kutoa elektroni katika nafasi ya meta. Katika hali nyingi, wakati wa kusuluhishwa kwa benzini zilizobadilishwa, mchanganyiko wa isoma huundwa, uwiano wa ambayo inategemea asili ya kibadilishaji, kitendanishi cha sulfonating, na hali ya athari (mkusanyiko wa vitendanishi, joto, kutengenezea, uwepo wa vichocheo; na kadhalika.). Kwa kuchagua mojawapo hali, kuchagua sulfation inawezekana. Kwa hivyo, kusuluhishwa kwa toluini na asidi ya sulfuriki saa 20 ° C husababisha kiasi sawa cha asidi ya o- na n-toluenesulfoniki, na wakati SO3 inatumiwa chini ya hali sawa, pekee kwa n-isomer; wakati wa sulfation ya phenol katika preim baridi. asidi ya o-phenolsulfoniki huundwa, wakati 100 ° C n-phenolsulfoniki asidi huundwa. Kama sheria, tofauti kama hizo ni kwa sababu ya mabadiliko ya isoma zingine kuwa zingine ambazo ni thabiti zaidi kwa thermodynamic kwa sababu ya isomerization au urekebishaji wa sulfoni. Kwa mfano, naphthalene kwa joto chini ya 100 ° C awali huunda α-naphthalene sulfonic acid, ambayo kwa muda hugeuka. kwa isoma beta kama matokeo ya uondoaji-sulfuri unaofuatana. salfoni ifikapo 160°C inaongoza kwa asidi ya β-naphthalenesulfoniki pekee (tazama asidi ya Naphthalenesulfoniki).

Kwa sulfonation ya misombo ya heterocyclic (furan, pyrrole, thiophene, indole, nk), complexes SO3 na dioxane au pyridine hutumiwa. Vitendanishi sawa hutumiwa kwa sulfation ya aliphatic. Comm iliyo na vikundi vikali vya kuondoa elektroni; katika kesi hii, kama sheria, derivatives ya a-sulfo huundwa (tazama Kiambatisho 3).

Njia zisizo za moja kwa moja za sulfonation ni pamoja na sulfomethylation, sulfoethylation, nk (angalia Kiambatisho 4).

Sulfonation hutumiwa katika utengenezaji wa surfactants, utando wa kubadilishana ion na resini, vitu vyenye biolojia, dyes, nk.

Hitimisho

Katika kipindi nilipokuwa nikifanya kazi yangu ya mafunzo, nilifahamiana na vifaa vinavyohusishwa na usanisi wa petrokemikali, na nikaona jinsi ya kufanya kazi navyo kwa usahihi. Nilitambulishwa kwa muhtasari wa usalama, nikaonyesha mahali pa kazi na jinsi ya kufanya kazi nyuma yake.

Mwalimu alionyesha jinsi ya kufanya kazi kwenye usanisi wa petrochemical.

Taratibu za hidrojeni, dehydrogenation, alkylation zilifanyika. Maarifa yalitumika kutekeleza esterification, hidrolisisi, unyevu, upungufu wa maji mwilini, kuongeza na condensation katika kundi la carbonyl, sulfation na sulfation.

esterification hidrolisisi upungufu wa maji mwilini carbonyl

Bibliografia

1. Kamusi kubwa ya encyclopedic. Kemia. M., 2001.

2. Grushevitskaya T. T., Sadokhin A. P. Dhana za sayansi ya kisasa ya asili.

. Dhana za sayansi ya kisasa ya asili. Chini. mh. V. N. Lavrinenko, V. P. Ratnikova. M., 1997.

. Kuznetsov V.I. Kemia ya jumla. Mitindo ya maendeleo. M., 1989.

. Kuznetsov V. I., Idlis GM. , Gutina VN Sayansi ya asili. M., 1996.

. Molin Yu. N. Juu ya jukumu la fizikia katika utafiti wa kemikali. Matatizo ya kimbinu na kifalsafa ya kemia. Novosibirsk, 1981.

. Kamusi ya Kemia//Ensaiklopidia ya Kemikali. M., 1983.

. Pilipenko A. T., Pyatnitsky I. V. Kemia ya uchambuzi. - M.: Kemia, 1990.

. V. P. Vasiliev Kemia ya Uchambuzi - M.: Bustard 2004

. Misingi ya Kemia ya Uchambuzi / Ed. Msomi Yu. A. Zolotov. - M.: Shule ya Juu, 2002. Kitabu. 1, 2. 15. N. P. Agafoshin, Sheria ya Kipindi na Mfumo wa Kipindi wa Vipengele, D. I. Mendeleev, Dmitri Ivanovich. M.: Elimu, 1973.

. Yevdokiomv Yu., Ph.D. Sayansi. Juu ya historia ya sheria ya mara kwa mara. Sayansi na Maisha, No. 5 (2009).

. Makarenya A. A., Rysev Yu. V. D. I. Mendeleev Dmitry Ivanovich. - M. : Mwangaza, 1983.

. Makarenya A. A., Trifonov D. N. Sheria ya mara kwa mara ya D. I. Dmitry Ivanovich Mendeleev. - M.: Elimu, 1969.

Nyongeza

1. (Kuzima na kupika kichocheo).

2. (Sulfation ya aromatics).

3. (Sulfation ya misombo ya heterocyclic).

4. (Sulfomethylation, sulfoethylation).

Mada: Hali ya sasa ya usanisi wa petrokemikali. Bidhaa kuu na teknolojia

Utangulizi

1. Mafuta mbadala, malighafi

1.1 Dimethyl etha

1.2 Petroli ya syntetisk

1.3 Nishati za pombe

1.4 Mafuta ya mimea

2. Teknolojia

2.1 Muundo wa DME kutoka gesi asilia (kupitia methanoli)

2.2 Usanisi wa hatua moja wa DME kutoka kwa syngas na usanisi wa petroli (kupitia DME)

2.3 Michakato na teknolojia zisizo za jadi za uzalishaji wa mafuta ya magari

2.3.1 teknolojia ya BIMT

2.3.2 teknolojia ya BIMT-2

2.3.3 Mchakato wa BICYCLAR

Hitimisho

Fasihi

Utangulizi

Sababu kadhaa huathiri maendeleo ya tasnia ya mafuta. Ongezeko la gharama ya kutafuta, kuchimba na kuwasilisha malighafi ya mafuta kwenye maeneo ya matumizi makubwa hatimaye ilisababisha kuongezeka kwa gharama ya mafuta yanayopatikana kutoka kwa mafuta. Kuongezeka kwa mahitaji ya mazingira kwa ubora wa mafuta ya gari zinazozalishwa pia husababisha kuongezeka kwa gharama ya usindikaji wa sehemu za asili za mafuta.

Jambo lingine muhimu linalochagiza mwelekeo wa mabadiliko katika sekta ya mafuta ya nishati ni hitaji la kupunguza utoaji wa hewa ukaa, gesi chafuzi kuu katika angahewa. Kutoka kwa mtazamo wa mwanaikolojia, hakuna aina yoyote ya sasa ya mafuta inaweza kuchukuliwa kukubalika. Kila kitu kinachotumiwa katika usafiri kwa ajili ya uzalishaji wa nishati ni misombo ya kaboni. Wanapochomwa kwenye injini ya gari au kwenye tanuru ya kiwanda cha nguvu (kiwanda au kituo cha nguvu), dioksidi kaboni huundwa (katika hali nzuri zaidi) inayoingia anga. Wakati ujao wa usafiri wa barabara na mitambo ya nguvu kubwa kawaida huhusishwa na matumizi ya umeme na hidrojeni, zinazozalishwa kutoka kwa vyanzo vya nishati mbadala, kwa njia ambazo sasa zinaonekana kuwa hazidhuru asili. Utekelezaji wa miradi hii kabambe unahusisha changamoto nyingi za kiufundi ambazo zitachukua muda mrefu kutatuliwa hata kama uwezo wa kimataifa wa kisayansi na kiteknolojia utahamasishwa.

Hivi sasa, dhidi ya hali ya kuongezeka kwa bei ya mafuta na njia za usindikaji wake, kuongezeka kwa motorization na hitaji linaloongezeka la ustaarabu wa mafuta ya hali ya juu, wanakemia wanaelekeza umakini wao kwenye vyanzo visivyo vya mafuta kwa utengenezaji wa nyimbo mpya za mafuta ya hydrocarbon. zimefahamika kwa watumiaji wa magari.

Kwa sasa, njia pekee inayokubalika kiuchumi ya kuboresha urafiki wa mazingira wa magari ni kuyabadilisha kwa mafuta mbadala ambayo hupunguza uzalishaji hatari katika mazingira na injini za gari hadi kiwango kinachofikia viwango vikali vya Uropa. Tume ya Ulaya inapanga kuendeleza programu kubwa ya kuanzishwa kwa nishati mbadala ya magari. Kufikia 2020, zaidi ya 1/5 ya mafuta yanayotokana na mafuta lazima yabadilishwe na bidhaa mbadala kama vile nishati ya mimea, gesi asilia na hidrojeni.

1. Mafuta mbadala, malighafi

1.1 Dimethyl etha

Mchanganyiko wa dimethyl etha (DME) na petroli kupitia etha ya dimethyl ni mojawapo ya maelekezo mapya katika uwanja wa usindikaji wa gesi asilia na vyanzo vingine vya kaboni (makaa ya mawe, mabaki ya kuni, nk). Njia kuu za kuchakata methane katika mafuta ya injini zimeonyeshwa katika Mpango wa 1. Kama inavyoonekana kutoka kwa mpango huo, usanisi wa DME unalingana na mpango wa usindikaji wa gesi asilia kama njia mbadala ya usanisi wa methanoli.

Mafuta ya magari

Hema 1 Njia kuu za usindikaji wa gesi asilia kuwa mafuta ya gari

1.2 Petroli ya syntetisk

Malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa petroli ya synthetic isiyo ya petroli inaweza kuwa makaa ya mawe, gesi asilia na zinazohusiana na petroli, majani, shale, nk. Chanzo cha kuahidi zaidi kwa ajili ya uzalishaji wa mafuta mbadala ya magari ni gesi asilia, pamoja na gesi ya awali iliyopatikana kutoka humo (mchanganyiko wa CO na H2 katika uwiano mbalimbali). Ambapo gesi asilia inaweza kutolewa kwa urahisi, inaweza kutumika katika hali iliyobanwa na kioevu kama mafuta ya injini kwa injini za mwako za ndani. Kuyeyusha gesi asilia kuna faida zaidi ya mgandamizo kwamba inaweza kupunguza kiasi cha mfumo wake wa kuhifadhi kwa karibu sababu tatu.

Matumizi ya mafuta mbadala yanayotokana na gesi asilia hupunguza maudhui ya vipengele vya sumu katika gesi za kutolea nje ya gari.

1.3 Nishati ya pombe

Hasara kubwa ya aina hii ya mafuta ni gharama yake kubwa - kulingana na teknolojia ya uzalishaji, mafuta ya pombe ni mara 1.8-3.7 zaidi ya gharama kubwa kuliko mafuta. Miongoni mwa alkoholi mbalimbali na michanganyiko yao, methanoli na ethanoli ndizo zinazotumiwa sana kama mafuta ya gari. Hivi sasa, syngas hutumiwa kutengeneza methanoli, lakini gesi asilia ndio malisho inayopendekezwa kwa michakato mikubwa. Kwa mtazamo wa nishati, faida ya alkoholi iko katika upinzani wao wa juu wa mlipuko, ambayo huamua matumizi makubwa ya alkoholi katika injini za mwako wa ndani na kuwasha kwa cheche. Hasara zao kuu ni thamani ya chini ya kalori, joto la juu la mvuke na shinikizo la chini la mvuke.

Ethanoli kwa ujumla hufanya vizuri zaidi kuliko methanoli. Gharama ya ethanol kwa wastani ni ya juu zaidi kuliko gharama ya petroli. Hivi sasa, methanoli kama mafuta ya gari hutumiwa kwa idadi ndogo. Hutumiwa zaidi kuzalisha mafuta ya kioevu ya sanisi, kama nyongeza ya mafuta ya oktani ya juu, na kama malisho kwa ajili ya utengenezaji wa nyongeza ya kuzuia kubisha, methyl tert-butyl etha.

Mojawapo ya matatizo makubwa zaidi yanayozuia matumizi ya viongeza vya methanoli ni utulivu mdogo wa mchanganyiko wa petroli-methanoli na unyeti wao kwa uwepo wa maji. Tofauti katika msongamano wa petroli na methanoli na umumunyifu mkubwa wa mwisho katika maji husababisha ukweli kwamba ingress ya kiasi kidogo cha maji kwenye mchanganyiko husababisha stratification yake ya mara moja, na tabia ya stratification huongezeka kwa kupungua kwa joto, kuongezeka. mkusanyiko wa maji na kupunguza maudhui ya misombo ya kunukia katika petroli. Ili kuimarisha mchanganyiko wa petroli-methanoli, viongeza hutumiwa - propanol, isopropanol, isobutanol na pombe nyingine.

1.4 Mafuta ya mimea

Biomass ni malighafi yenye kuahidi sana inayoweza kurejeshwa. Inaweza kutumika kutengeneza ethanol kama mafuta mbadala. Inakadiriwa kwamba majani mengi hulimwa na kukua kila mwaka ambayo inaweza kutoa nishati mara nane zaidi ya nishati zote zinazotolewa kwa sasa. Utafiti unaolenga kuunda uzalishaji wa mafuta ya kioevu kutoka kwa malighafi inayoweza kurejeshwa ya asili ya mmea umekuwa ukipanuka katika miaka ya hivi karibuni.

Bioethanol na biobutanol hupatikana kwa fermentation. Nyenzo mbalimbali za kabohaidreti zinaweza kutumika kama malighafi ya uchachushaji: sukari, wanga, selulosi, n.k. Msingi wa utengenezaji wa bioethanol kutoka kwa wanga una hatua mbili: hidrolisisi ya wanga hadi glukosi chini ya hatua ya vimeng'enya na kuchacha. sukari kwa ethanol. Upungufu mkubwa wa teknolojia hii unahusiana na ukweli kwamba wakati mkusanyiko wa ethanol katika mchanganyiko wa mmenyuko hupanda juu ya kiwango fulani, huanza kuwa na athari ya kuzuia mchakato wa fermentation. Kwa kuongeza, fermentation kawaida husababisha kuundwa kwa idadi ya metabolites, ambayo kwa viwango vya juu pia hupunguza ufanisi wa mchakato.

Utafiti wa kisasa juu ya uboreshaji wa michakato iliyopo ya utengenezaji wa bioethanol unafanywa haswa katika pande mbili: ukuzaji wa mifumo ya Fermentation inayofanya kazi kwa njia inayoendelea, na kuongeza tija ya njia za uchimbaji na utakaso wa ethanol ili kupunguza gharama za nishati. uzalishaji wa pombe ya mafuta.

2. Teknolojia

2.1 Muundo wa dimethyl etha kutoka kwa gesi asilia (kupitia methanoli)

Gesi asilia ni malighafi rahisi na inayoweza kupatikana zaidi kwa usanisi wa dimethyl etha na, ipasavyo, mchakato wa kupata DME kulingana na gesi asilia una utendaji bora wa kiuchumi. Kwa sasa, uzalishaji wa viwanda wa DME (filler ya aerosol) ni takriban. Tani elfu 150 kwa mwaka na inategemea usindikaji wa methanoli. Mpango uliorahisishwa wa utengenezaji wa DME kulingana na gesi asilia kupitia usanisi na upungufu wa maji mwilini wa methanoli unaweza kuwakilishwa kama mpango 2.

Mpango wa 2 Mpango wa usanisi wa DME kutoka gesi asilia kupitia hatua za usanisi na upungufu wa maji mwilini wa methanoli

Wacha tuzingatie hatua za kibinafsi za muundo huu.

Ubadilishaji wa methane.

Ubadilishaji wa methane (kurekebisha) kuwa gesi ya awali ni mchakato wa joto la juu ambao unaweza kufanywa na athari mbalimbali (kwa ushiriki wa vitendanishi mbalimbali). Kati yao:

urekebishaji wa mvuke CH4+H3O=CO+3H3 (1)

ubadilishaji wa dioksidi kaboni CH4+CO2+2CO+2H3 (2)

uoksidishaji usio kamili wa CH4+1/2O2=CO+2H3 (3)

Matendo (1) na (2) yana nguvu ya mwisho ya joto; kwa hivyo, urekebishaji wa otomatiki, yaani, urekebishaji wa mvuke mbele ya oksijeni, umeenea. Matendo (1) na (3) yanayotokea chini ya hali ya urekebishaji joto-joto huongezewa na athari kali za joto za oxidation kamili:

CH4+2O2=CO2+2H3O (4)

H3+1/2O2=H3O (5)

CO+1/2O2=CO2 (6)

Taratibu hizi hutoa fidia kwa hasara za joto katika mmenyuko (1), lakini husababisha gharama za ziada za malighafi.

Gesi ya awali ni mchanganyiko wa CO na hidrojeni yenye kiasi kidogo cha CO2, ambayo inaweza pia kuwa na nitrojeni. Tabia muhimu zaidi ya gesi ya awali ni uwiano wa viwango vya H2: CO. Kwa ajili ya awali ya methanoli, uwiano huu lazima uwe mkubwa zaidi kuliko mbili, ambayo inafanya matumizi ya urekebishaji wa mvuke kuepukika (majibu 1).

Marekebisho ya hali ni matokeo ya maelewano kati ya mahitaji ya thermodynamics (kuongezeka kwa joto na kupungua kwa shinikizo ili kuongeza uongofu wa usawa wa methane), uchumi na sayansi ya vifaa. Kwa joto la juu (800-900 ºС) na sio shinikizo la juu sana (1-3 MPa), thermodynamics ya mchakato ni nzuri, ambayo inafanya uwezekano wa kuleta majibu ya mabadiliko karibu na kukamilika. Maelewano yaliyopatikana yanaongoza kwa ukweli kwamba katika mchakato wa awali wa methanoli, hatua ya mageuzi inahitaji takriban 2/3 ya uwekezaji mkuu na zaidi ya nusu ya gharama za uendeshaji. Hali hii ilisababisha kutafutwa kwa njia mpya za kubadilisha gesi asilia kuwa gesi ya awali.

Oxidation ya kuchagua gesi ya awamu ya moja kwa moja ya methane kwa CO na H2, i.e. katika gesi ya awali (mmenyuko wa 3) itakuwa rahisi zaidi ya mbinu mbadala, lakini uchaguzi wa mchakato huu chini ya hali ya vitendo ni chini (kwa kiwango cha 50%). Uchaguzi wa juu unaweza kupatikana kwa joto la juu (kuhusu 1500 K), wakati usawa ni mzuri kwa ajili ya kuundwa kwa gesi ya awali. Walakini, kutekeleza mchakato huo kwa joto kama hilo kunahusishwa na shida kadhaa kwa sababu ya mahitaji magumu sana ya nyenzo ya reactor inapogusana na njia ya babuzi kwa joto la juu, na ugumu wa udhibiti wa mchakato, kwani sheria za mwako. mchanganyiko "tajiri" husomwa kidogo.

Pia kuna swali la nini cha kutumia kama wakala wa oksidi. Ikiwa methane imeoksidishwa na oksijeni safi, uwekezaji wa mtaji na gharama ya ongezeko la gesi ya awali, na ikiwa hewa inatumiwa, basi gesi ya awali ya "maskini" yenye ubora wa chini na maudhui ya juu ya nitrojeni (angalau 50-60% kwa kiasi) kupatikana.

Mwelekeo kuu katika maendeleo ya sekta ya ulinzi wa mazingira, yenye lengo la kuongeza ufanisi wa kiuchumi wa uzalishaji na ubora wa bidhaa, unahusishwa na kuokoa malighafi, nishati na kupunguza gharama za mtaji. Ya muhimu zaidi kati yao ni yafuatayo:

1. Uundaji wa michakato mpya ya kiteknolojia kulingana na malighafi inayopatikana zaidi na ya bei nafuu. Kwa mfano, kuhama kutoka kwa asetilini ya gharama kubwa hadi kunukia, alkenes, alkanes na hatimaye syngas kulingana na kiwango cha thamani yao:

2. Mpito kwa njia za moja kwa moja za awali, ukiondoa matumizi ya vitendanishi vya isokaboni. Kwa mfano, uingizwaji wa maji ya sulfuriki ya ethilini na uhamishaji wa kichocheo wa moja kwa moja katika utengenezaji wa ethanol.

3. Kuongeza uteuzi wa michakato kwa kuboresha vigezo, kuchagua vifaa na kuchagua vichocheo vya kuchagua sana.

4. Kupunguza idadi ya hatua za uzalishaji. Kwa mfano, kuchukua nafasi ya mchakato wa hatua mbili wa kuunganisha asetaldehidi kutoka ethilini kupitia ethanoli na mchakato wa oksidi wa hatua moja:

5. Kuongeza uwezo wa kitengo cha vifaa na kupunguza gharama za mtaji kutokana na hili. Kwa mfano, katika uzalishaji wa methanoli hadi tani 300--500 elfu / mwaka.

6. Kuokoa nishati na kuongeza ufanisi wa vitengo, hasa kwa kutumia rasilimali za sekondari za nishati na kuanzishwa kwa mipango ya teknolojia ya nishati.

Gesi ya awali kama mbadala wa mafuta

Baada ya 1945, kutokana na maendeleo ya haraka ya uzalishaji wa mafuta na kushuka kwa bei ya mafuta, hakukuwa na haja ya kuunganisha vitu vya kikaboni kutoka CO na H 2 . Nguvu ya petrochemical imefika. Walakini, mnamo 1973, mzozo wa mafuta ulizuka - nchi zinazozalisha mafuta za OPEC (Shirika la Nchi Zinazouza Petroli) ziliongeza kwa kasi bei ya mafuta yasiyosafishwa, na jumuiya ya ulimwengu ililazimika kutambua tishio la kweli la kupungua kwa bei inayoonekana. mustakabali wa rasilimali za bei nafuu na za bei nafuu za mafuta. Mshtuko wa nishati wa miaka ya 70 ulifufua maslahi ya wanasayansi na viwanda katika matumizi ya malighafi mbadala kwa mafuta, na hapa nafasi ya kwanza, bila shaka, ni ya makaa ya mawe. Akiba ya makaa ya mawe duniani ni kubwa, kulingana na makadirio mbalimbali, ni zaidi ya mara 50 zaidi ya rasilimali za mafuta, na inaweza kudumu kwa mamia ya miaka. Hakuna shaka kwamba matumizi ya gesi ya awali yatachukua jukumu muhimu kwa madhumuni ya usanisi wa kikaboni kwa siku zijazo zinazoonekana. Kwa sasa, petroli, mafuta ya gesi na mafuta ya taa huzalishwa kwa kiwango cha viwanda kwa kutumia njia ya Fischer-Tropsch pekee nchini Afrika Kusini. Mimea ya Sasol huzalisha takriban tani milioni 5 za hidrokaboni kioevu kwa mwaka.

Kutafakari kwa kuongezeka kwa utafiti juu ya syntheses kulingana na CO na H 2 ni ongezeko kubwa la machapisho yaliyotolewa kwa kemia ya molekuli za kaboni moja (kinachojulikana C 1 kemia). Tangu 1984, jarida la kimataifa "C 1 -Kemia ya Molekuli" limechapishwa. Kwa hivyo, tunashuhudia ufufuo unaokuja katika historia ya kemia ya makaa ya mawe. Acheni tuchunguze baadhi ya njia za kubadilisha gesi ya awali, na kusababisha kutokezwa kwa hidrokaboni na misombo yenye thamani yenye oksijeni. Jukumu muhimu zaidi katika mabadiliko ya kaboni dioksidi ni la kichocheo tofauti na homogeneous.

Uzalishaji wa gesi ya awali

Njia ya kwanza ya kupata gesi ya awali ilikuwa gesi ya makaa ya mawe, ambayo ilifanyika nyuma katika miaka ya 30 ya karne ya 19 huko Uingereza ili kupata gesi zinazoweza kuwaka: hidrojeni, methane, monoxide ya kaboni. Utaratibu huu ulitumiwa sana katika nchi nyingi hadi katikati ya miaka ya 1950, wakati ulibadilishwa na mbinu za msingi wa gesi asilia na mafuta. Hata hivyo, kutokana na kupunguzwa kwa rasilimali za mafuta, umuhimu wa mchakato wa gesi ulianza kuongezeka tena.

Hivi sasa, kuna njia tatu kuu za viwanda za kupata gesi ya awali.

1. Gasification ya makaa ya mawe. Mchakato huo unategemea mwingiliano wa makaa ya mawe na mvuke wa maji:

Mmenyuko huu ni endothermic, usawa hubadilika kwenda kulia kwa joto la 900-1000? Michakato ya kiteknolojia imetengenezwa ambayo hutumia mlipuko wa mvuke-oksijeni, ambayo, pamoja na majibu hapo juu, mmenyuko wa joto wa mwako wa makaa ya mawe hutokea, kutoa usawa wa joto unaohitajika:

2. Ubadilishaji wa methane. Mwitikio wa mwingiliano wa methane na mvuke wa maji unafanywa mbele ya vichocheo vya nikeli (Ni-Al2O3) kwa joto la juu (800-900?) na shinikizo:

Malisho yoyote ya hidrokaboni yanaweza kutumika badala ya methane kama malisho.

3. Oxidation ya sehemu ya hidrokaboni. Mchakato huo unajumuisha uoksidishaji wa joto usio kamili wa hidrokaboni kwenye joto zaidi ya 1300?

Njia hiyo inatumika kwa malisho yoyote ya hydrocarbon, lakini mara nyingi katika tasnia, sehemu ya mafuta ya kuchemsha - mafuta ya mafuta hutumiwa.

Uwiano wa CO: H 2 kwa kiasi kikubwa inategemea njia inayotumiwa kupata gesi ya awali. Kwa gesi ya makaa ya mawe na oxidation ya sehemu, uwiano huu ni karibu na 1: 1, wakati kwa ubadilishaji wa methane, uwiano wa CO: H2 ni 1: 3. Miradi ya gesi ya chini ya ardhi inaendelezwa kwa sasa, yaani, gesi ya makaa ya mawe moja kwa moja kwenye mshono. Inafurahisha kwamba wazo hili lilionyeshwa na D.I. Mendeleev zaidi ya miaka 100 iliyopita. Katika siku zijazo, gesi ya awali itapatikana kwa gesi ya makaa ya mawe sio tu, bali pia vyanzo vingine vya kaboni, ikiwa ni pamoja na taka ya mijini na kilimo.

Mchanganyiko kulingana na monoksidi kaboni

Mchanganyiko mwingi kulingana na monoksidi kaboni na hidrojeni ni ya kupendeza kwa vitendo na kinadharia, kwani hufanya iwezekane kupata misombo ya kikaboni yenye thamani zaidi kutoka kwa vitu viwili rahisi. Na hapa jukumu la kuamua linachezwa na kichocheo na metali za mpito, ambazo zina uwezo wa kuamsha molekuli za inert CO na H2. Uamilisho wa molekuli ni uhamisho wao kwa hali tendaji zaidi. Ikumbukwe hasa kwamba aina mpya ya kichocheo, kichocheo na complexes ya mpito ya chuma au catalysis tata ya chuma, imeendelezwa sana katika mabadiliko ya gesi ya awali.

Wacha tuangalie athari kadhaa muhimu katika kichocheo cha ngumu cha chuma. Hizi kimsingi ni athari za nyongeza ya vioksidishaji na uondoaji wa kupunguza. Nyongeza ya oksidi ni mwitikio wa kuongezwa kwa molekuli za A-B zisizo na upande, kama vile H 2 au halojeni, kwenye kituo cha chuma cha tata. Katika kesi hiyo, chuma ni oxidized, ambayo inaambatana na ongezeko la idadi yake ya uratibu. Nyongeza hii inaambatana na kukatika kwa bondi ya A-B.

Mmenyuko wa kuongeza oxidative ya molekuli ya hidrojeni ni muhimu sana, kama matokeo ambayo uanzishaji wake hutokea. Mwitikio wa nyongeza ya oksidi ya hidrojeni kwa tata ya mraba ya iridiamu isiyofaa, iliyogunduliwa na Vasco na Dilucio, inajulikana sana. Matokeo yake, hali ya oxidation ya iridium huongezeka kutoka I hadi III.

Mmenyuko wa nyuma wa nyongeza ya oksidi huitwa uondoaji wa kupunguza, ambapo hali ya oxidation na nambari ya uratibu wa chuma hupunguzwa kwa mbili.

Pia tunaona majibu ya uingizaji wa uhamiaji, ambayo inajumuisha kuingizwa kwa misombo isiyojaa kwa njia ya vifungo vya chuma-kaboni na chuma-hidrojeni. Mwitikio wa utangulizi wa CO ndio ufunguo wa michakato mingi inayohusisha gesi ya awali.

Kuanzishwa kwa olefin ni mmenyuko muhimu zaidi kati ya mabadiliko ya kichocheo cha olefins: hidrojeni, hydroformylation, nk.

Mchanganyiko wa Fischer-Tropsch

Mchanganyiko wa Fischer-Tropsch unaweza kuzingatiwa kama mmenyuko wa oligomerization ya kupunguza monoksidi ya kaboni, ambapo vifungo vya kaboni-kaboni huundwa, na kwa ujumla ni mchanganyiko changamano wa idadi ya athari tofauti, ambayo inaweza kuwakilishwa na milinganyo ya jumla:

Bidhaa za mmenyuko ni alkanes, alkenes na misombo yenye oksijeni, yaani, mchanganyiko tata wa bidhaa huundwa, ambayo ni tabia ya mmenyuko wa upolimishaji. Bidhaa za msingi za usanisi wa Fischer-Tropsch ni a- na b-olefini, ambazo hubadilishwa kuwa alkane kama matokeo ya utiaji hidrojeni baadae. Asili ya kichocheo kinachotumiwa, hali ya joto, uwiano wa CO na H 2 huathiri sana usambazaji wa bidhaa. Kwa hivyo, wakati vichocheo vya chuma vinatumiwa, uwiano wa olefins ni wa juu, wakati katika kesi ya vichocheo vya cobalt, ambavyo vina shughuli ya hidrojeni, hidrokaboni zilizojaa huundwa kwa kiasi kikubwa.

Kwa sasa, kulingana na kazi zilizowekwa (kuongeza mavuno ya sehemu ya petroli, kuongeza mavuno ya olefini za chini, nk), vichocheo vya chuma vilivyotawanywa sana vinavyoungwa mkono na oksidi za alumini, silicon na magnesiamu, na vichocheo vya bimetallic hutumiwa kama kichocheo cha awali ya Fischer-Tropsch: chuma - manganese, chuma-molybdenum, nk.

Hydroformylation ya olefins

Mojawapo ya mifano muhimu zaidi ya michakato ya viwanda inayohusisha gesi ya awali ni mmenyuko wa hidroformylation (oxo-synthesis). Mnamo 1938, Relin, akichunguza utaratibu wa awali wa Fischer-Tropsch, aligundua mmenyuko huu wa ajabu, umuhimu wake ambao hauwezi kupitiwa. Katika mchakato huu, alkenes mbele ya vichocheo, hasa cobalt au rhodium, kwa shinikizo la juu ya 100 atm na joto la 140-180? kuingiliana na gesi ya awali na kugeuka kuwa aldehydes - wa kati muhimu zaidi katika uzalishaji wa alkoholi, asidi ya kaboksili, amini, alkoholi za polyhydric, nk Kama matokeo ya mmenyuko wa hydroformylation, aldehydes yenye mnyororo wa moja kwa moja na wa matawi hupatikana, yenye kaboni moja. atomi zaidi kuliko katika molekuli asili:

Aldehidi za kawaida ndizo zenye thamani zaidi, ilhali iso aldehydes zinaweza kuchukuliwa kuwa bidhaa zisizohitajika. Uzalishaji wa ulimwengu wa aldehydes na mchakato wa hydroformylation hufikia tani milioni 7 kwa mwaka, wakati karibu nusu huhesabiwa na n-butyric aldehyde, ambayo pombe ya n-butyl hupatikana. Aldol condensation ikifuatiwa na hidrojeni hutoa 2-ethylhexanol, ambayo hutumiwa katika utengenezaji wa plastiki ya PVC.

Kaboni za cobalt hutumiwa sana kama kichocheo cha hydroformylation; hivi karibuni, matumizi ya vichocheo vya rhodium yameelezewa, ambayo huruhusu mchakato huo kufanywa chini ya hali dhaifu.

matarajio

Mchakato wa kupata methanoli kutoka kwa gesi ya awali, bidhaa muhimu zaidi ya sekta ya kemikali, iliyofanywa katika miaka ya 1920, ni muhimu sana. Wakati huo huo, awali ya moja kwa moja ya misombo mingine yenye oksijeni kutoka kwa gesi ya awali pia inaonekana kuwa ya kuvutia sana. Inaelezea matumizi ya gesi ya awali ili kupata alkoholi za muundo C 1 -C 4 (alkoholi za chini), ambazo olefins za chini hupatikana kwa kutokomeza maji mwilini. Mnamo miaka ya 1970, vichocheo vya muundo tata vilipendekezwa, vikiwa na oksidi za shaba, cobalt, chromium, vanadium, manganese, na chumvi za chuma za alkali, ambayo ilifanya uwezekano wa kupata alkoholi za muundo wa kawaida wa muundo C 1 -C 4. kutoka kwa gesi ya awali kwa joto la 250? na shinikizo la atm 6 tu.

Maandiko yanaelezea uundaji wa misombo mbalimbali yenye oksijeni kutoka kwa gesi ya awali, kwa mfano: acetaldehyde, asidi asetiki, ethylene glycol, nk.

Maitikio haya yote yanaonekana kuwa ya kweli kabisa. Kwa bahati mbaya, njia hizi kwa sasa haziwezi kushindana na michakato ya viwanda iliyobobea tayari, kwani zinaendelea chini ya hali ngumu sana na kwa kuchagua kidogo. Inaweza kuwa na matumaini kwamba utafutaji wa mbinu mpya za ufanisi kwa matumizi ya viwanda ya gesi ya awali utaendelea kwa nguvu, na hakuna shaka kwamba eneo hili lina mustakabali mzuri.

KOZI YA MUHADHARA KUHUSU VYANZO MBADALA VYA HYDROCARBONS

USIMAMIZI

Sekta ya awali ya kikaboni ni mojawapo ya matawi muhimu zaidi ya uzalishaji wa kemikali na petrokemikali. Mchanganyiko kuu wa kikaboni ni pamoja na utengenezaji wa monomers kwa utengenezaji wa nyuzi bandia, plastiki, rubber za syntetisk, ytaktiva, mbolea ya syntetisk, vimumunyisho na bidhaa zingine nyingi muhimu kwa utendaji wa kawaida na maendeleo ya uchumi wa nchi yoyote. Mbali na bidhaa za kemikali, ili kudumisha shughuli za kiuchumi za biashara, hisa za makazi na usafirishaji ulimwenguni kote, kiasi kikubwa cha malighafi ya hydrocarbon hutumiwa kwa utendaji wa tata ya mafuta na nishati. Kwa hiyo, malighafi ni moja ya vipengele kuu vya uzalishaji na kwa kiasi kikubwa huamua kiwango, teknolojia na uchumi wa viwanda. Katika suala hili, katika idara ya uhandisi wa kemikali na kemikali, wataalam tayari wanafundishwa mwelekeo - teknolojia ya vitu vya kikaboni na mafuta (pamoja na mbadala).

VYANZO MALIBICHI VYA KIWANDA CHA CHTO

Kuna madini (yasiyoweza kurejeshwa) na malighafi ya hidrokaboni inayoweza kurejeshwa. kwa madini ni pamoja na: makaa ya mawe, shale, mchanga wa lami, peat, mafuta na gesi asilia - mara moja hutengenezwa kutoka kwa bidhaa za asili ya kikaboni. Acetylene kulingana na vyanzo vya madini vya asili isiyo ya kikaboni pia inaweza kuhusishwa nao. Takwimu juu ya akiba ya chemchemi za madini zinapingana kabisa, kwani ni ngumu kuzitathmini. Walakini, inajulikana kwa uhakika kwamba akiba ya mafuta madhubuti huzidi sana akiba ya mafuta na gesi. Hesabu za wataalamu wa jiokemia zinaonyesha kuwa uwiano wa nishati mbalimbali za kisukuku kwenye ukoko wa dunia ni (katika%):

Makaa ya mawe, slates na mchanga wa lami - 81-95.8; Peat - 3.4-5; Mafuta - 0.7-9.8 (90% kwa namna ya mafuta); Gesi asilia - 0.1-4.4 (50-52% kusindika kuwa umeme)

Mbali na madini - vyanzo vinavyoweza kumalizika vya nishati (mafuta> 90%) na kemikali (5-8%) malighafi, akiba ya vyanzo mbadala haina ukomo - hii ni biomass. Kwa hiari, bila kujali shughuli za binadamu, hutolewa tena kwa kiasi cha tani bilioni 200 na uwezo wa jumla wa nishati 3 kwa mwaka mmoja tu. 10 21 J, ambayo ni ~ mara 10 ya ujazo wa uzalishaji wa mafuta ya kisukuku duniani. Kati ya jumla ya biomasi, ~ tani bilioni 40 huundwa kwa namna ya kuni, ~ tani bilioni 30 kwa namna ya viumbe hai (~ tani bilioni 10 za tishu za mafuta) na ~ tani bilioni 2-3 katika mfumo wa mafuta. -zenye vipengele katika mimea ya kutengeneza mafuta (kwa kulinganisha, kulingana na idadi ya data, hifadhi ya mafuta ya dunia kwa sasa inakadiriwa kuwa karibu tani bilioni 90). Hii inazidi hifadhi zote zilizogunduliwa za malighafi ya madini, lakini ukusanyaji wao ni mgumu, na teknolojia za usindikaji ziko katika hatua ya majaribio ya utafiti wa viwandani. Katika suala hili, leo vyanzo vinavyokubalika zaidi na vya bei nafuu vya kukidhi mahitaji ya mafuta, nishati na kemikali ya nchi ni: mafuta, gesi asilia na zinazohusiana, pamoja na gesi za kusafishia. Hata hivyo, ikumbukwe kwamba katika siku zijazo mwelekeo utabadilika kutokana na kupungua kwa hifadhi ya vyanzo vya madini hapo juu.

Maendeleo ya kisasa ya nchi nyingi katika miaka ya hivi karibuni yanafanyika katika muktadha wa mzozo wa jumla wa uchumi, haswa nishati na malighafi. Ingawa kwa sasa sehemu ya mafuta na gesi katika usawa wa mafuta ya nchi kuu za kibepari ni muhimu, hata hivyo, makadirio ya utabiri yanaonyesha mwelekeo wa jumla unaolenga kupunguza matumizi yao na baadhi ya ongezeko la sehemu ya makaa ya mawe na vyanzo vingine vya hidrokaboni vinavyoweza kurejeshwa.

Matumizi ya mafuta duniani mwaka 1970 yalifikia ~ tani bilioni 3, mwaka 1990 thamani hii ilifikia ~ tani bilioni 4 - 4.5 kwa mwaka. mnamo 2000, ~ tani bilioni 5 tayari zilichakatwa, mnamo 2020 imepangwa kusindika ~ tani bilioni 6 na zaidi. Katika ngazi hii (na itaongezeka kwa kasi), maisha ya hifadhi iliyoonyeshwa itakuwa karibu miaka 90/5=16. ????? Hii, bila shaka, haimaanishi kwamba wakati huu mafuta yote duniani yatakuwa yamechoka, lakini inaonyesha kwamba hali ya sasa, bado, yenye mafanikio nayo kwenye soko la dunia inaonekana. (Hii inaonekana wazi katika kukatika kwa mafuta katika nchi yetu, na haswa katika NYANPZ, ambayo uzalishaji wake na kampuni ya Slav-Neft mnamo 2015 ulifikia tani milioni 20 kwa mwaka, na usindikaji katika NYANPZ katika 2015 iliyofanikiwa zaidi. kwa miaka 10 iliyopita ilikuwa tani milioni 13-14 kwa mwaka, na uwezo wa kupanda wa tani milioni 15-16 kwa mwaka) Kwa kulinganisha, uzalishaji unaotarajiwa na kusafisha mafuta nchini Urusi mwaka 2020 hautakuwa zaidi ya tani milioni 500, ambayo ni chini ya mwaka 1980 - tani milioni 610

Sekta ya gesi nchini Urusi ni tawi changa la tasnia ya mafuta na nishati, ambayo imekuwa ikikua kwa kasi kubwa, na tayari mnamo 1990. uzalishaji wa gesi asilia ulifikia bilioni 850 m 3 . Mnamo 2015, kutokana na mgogoro wa mafuta na nishati, uzalishaji utabaki katika kiwango sawa (au kidogo kidogo). Mwishoni mwa 2015, uhaba wa rasilimali za gesi ulifikia bilioni 20 m3, na mwisho wa 2016-2017 itaongezeka hadi 45-50 bilioni m3. Bei ya sasa (kuanzia Januari 1, 2016) ya gesi ni ~ 280-320 USD. kwa elfu 1 m 3. (hadi sasa ni mara 2-3 nafuu kuliko mafuta ya mafuta na makaa ya mawe, lakini hali ya juu ya bei ni dhahiri). Hii ni kutokana na ukweli kwamba maendeleo ya mashamba mapya ya gesi huchukua miaka 7 hadi 10, na bei za gharama kubwa za utafutaji, uzalishaji na usafiri zinaongezeka.

MIELEKEO YA KISASA KATIKA MAENDELEO YA SEKTA YA PETROCHEMICAL SYNTHESIS NA UFANISI WA MATUMIZI YA VYANZO MBADALA VYA HYDROCARBONS.

Akiba ndogo ya mafuta na gesi imeweka mbele matatizo mapya muhimu kwa kusafisha mafuta na petrokemia:

kuongezeka kwa michakato ya kusafisha mafuta na uteuzi wa juu wa bidhaa za mafuta nyepesi;

kupanua matumizi ya mafuta kama malisho ya kemikali za petroli, na kwa kiwango kidogo kama mafuta (pamoja na mitambo ya nguvu na mitambo ya kupokanzwa);

matumizi makubwa ya makaa ya mawe kama mafuta ya boiler (badala ya gesi na mafuta, kwani hifadhi zake ni kubwa);

matumizi ya busara ya nishati ya mafuta na umeme katika michakato ya kisasa ya kusafisha mafuta na petrochemistry;

matumizi ya nishati ya atomiki katika kusafisha mafuta na petrochemistry;

maendeleo (kwa msingi wa makaa ya mawe) ya michakato ya uzalishaji wa mafuta ya kioevu ya synthetic na mbadala za gesi asilia;

uhamisho wa uzalishaji wa idadi ya bidhaa za petrochemical kwa makaa ya mawe ghafi.

Hivi sasa, michakato ya utengenezaji wa mafuta mbadala pia inaendelezwa sana. Hizi ni pamoja na:

gesi oevu na iliyobanwa (kama mafuta ya magari na njia nyingine za usafiri);

gesi kimiminika (mafuta kwa magari);

methanoli kulingana na gesi ya awali (leo tayari inatumiwa kwa mafanikio moja kwa moja kama mafuta au kama nyongeza ya petroli ambayo huongeza idadi yao ya oktani, na pia kusindika kuwa (MTBe) methyl tert-butyl ether-high-octane nyongeza, katika - petroli ya octane, nk);

mbadala ya gesi asilia inayozalishwa na gesi ya makaa ya mawe;

pombe ya ethyl (kama nyongeza ya petroli, nk);

asetilini kulingana na carbudi ya kalsiamu na pyrolysis ya methane (bidhaa za kemikali kulingana na hilo ni tofauti, kwa sababu asetilini ina vifungo 3 mara mbili na ni tendaji sana).