Тема урока: Каталитические процессы

Дисциплина: Химия и технология нефти и газа

Процессы и аппараты нефтегазопереработки

Группа: 3190

Дата: 11.11.2020

Тип урока: комбинированный

План урока:

1. Организационный момент. (5 мин)

2. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания устный опрос по пройденным темам. (10 мин)

3. Теоретическая часть. (30 мин)

4. Гимнастика для глаз (5 мин)

5. Закрепление (20)

6. Домашнее задание (2 мин)

7. Вопросы учеников (8 мин)

8. Итог урока. Выставление оценок (5 мин)

9. Рефлексия (5 мин)

Цели учебного занятия:

1) образовательные:

- формирование системы знаний у учащихся по заданной теме;

- ознакомление с функциями процесса каталитического крекинга и реакторов.

2) развивающие:

- продолжить развитие профессионального мышления через наблюдение, анализ, сравнение и обобщение фактов;

- развитие познавательных способностей обучающихся к изучаемому материалу

3) воспитательные:

- воспитание внимательности, умения слушать, анализировать, интереса к предмету;

- воспитание профессионально важных качеств: профессионального долга, исполнительности и т.д.;

- продолжить формирование нравственных и эстетических представлений, систему взглядов на мир;

- воспитать чувство терпимости

Средства обучения:

1) учебные книги и пособия:

- учебники Скобло А.И «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии»

Эрих В.П «Химия и технология нефти и газа»

2) наглядные пособия:

- презентация к уроку

- видеоматериал

3) специальное оборудование:

- доска;

- проектор

Методы обучения:

1) информационно-развивающие: объяснение и самостоятельная работа с учебным материалом

2) проблемно-поисковые: учебная дискуссия в работе с малыми группами

3) репродуктивные методы: воспроизведение изученного материала, выполнение заданий

4) творческо-репродуктивные: написание эссе по заданной теме разработать презентацию.

В ходе урока применяются современные педагогические технологии в сочетании с использованием информационных и коммуникационных технологий, например:

- Метод проектов – реализуется непосредственно в мультимедийной презентации.

- Дифференцированный подход к обучению реализован с использованием тестирования в ходе презентации.

Предполагается физ. пауза (тренинг глаз-смотрим далеко в окно, и смена мест студентами)

Критерии к уровню освоения содержания занятия по теме:

В результате изучения данного материала студент должен

1) иметь представление:

о функциях проуесса каталитического крекинга и роли основных аппаратов в системе маркетинговых коммуникаций

2) знать:

- основные понятия по данной теме, виды крекинга, катализаторы, реакторы

3) уметь:

- работать в группе;

- формулировать и излагать свои мысли по ситуационной задаче

4) владеть:

- навыками работы в команде;

- навыками отстаивания своей точки зрения.

Межпредметные связи: Современные методы производства топлив, менеджмент, маркетинг нефтебизнеса

Организационный момент. Приветствие. Контроль посещаемости и готовности учащихся к уроку. Отметка в журнале отсутствующих, выяснение причин отсутствия.

Актуализация знаний. Закрепление пройденной темы.

Вопрос-ответ, учитель используя мяч задает вопросы учащимся.

Учащиеся отвечают на вопросы:

1.Что такое нефть?

2.Когда возникла необходимость в переработке нефти? Примеры

3.Что такое топливо?

4. Что такое потребность в топливе? Какие виды топлив наиболее востребованы?

5. Какое количество бензина получают из сырой нефти среднего качества?

6. Какие аппараты нефтегазопереработки вы знаете?

7. Какие аппараты относятся к теплообменным?

8. Какие аппараты относят к массообменным?

9. В чем отличие между аборбцией и адсорбцией?

10. Что такое регенерация?

11. Какие фильтры вы знаете и где они применяются?

12. Что такое газосепаратор?

13. Чем отличаются насосы от компрессоров?

14. Что это за аппарат (объяснить устройство и принцип его действия) - макет колонны

Операционно-познавательный блок

Изучение нового материала

Учащимся показывается ролик и слайды. Вопрос: Что вы видите? Как вы думаете какая сегодня у нас тема?

Лекция-рассказ с элементами беседы

План лекции:

1. Каталитические процессы

2. Реакторы каталитических процессов

1. Переработка нефти – это сложный многоступенчатый процесс. Он состоит из первичной и вторичной переработки нефти. Первичная перегонка - это прямая перегонка нефти на фракции. А вот вторичные процессы – это очень сложная система множества процессов. Главные из них – это крекинг, пиролиз, гидроочистка. Вторичная переработка включает в себя изменение структуры ее компонентов- углеводородов. Она дает сырье из которого получают множество продуктов: синтетические каучуки и резины, пластмассы, полимерные пленки(полиэтилен, полипропилен), моющие средства, растворители и т.д.

В каталитических процессах нефтепереработки применяются два типа катализаторов: контактные (платина, хром, оксид молибдена) и комплексообразующие (напри­мер, синтетические алюмосиликаты).

На контактных катализаторах протекают реакции с отщеплением водорода и образованием ароматических соединений. Это обеспечивает получение бензинов с окта­новым числом до 98, что на 28 — 30 единиц выше октано­вого числа бензинов, полученных термическими процес­сами. На комплексообразующих катализаторах идут реакции изомеризации и перераспределения водорода в молекулах, что способствует увеличению выхода бензи­на по сравнению с термическим крекингом на 15 — 35%. При этом октановое число бензинов увеличивается на 7—10 единиц, а их выход достигает 70%. Первый тип ка­тализаторов используется для облагораживания мо­торных топлив при их гидроочистке и каталитическом риформинге, второй — для проведения каталитического крекинга.

Каталитический крекинг нефтепродуктов (соляровых и керосиновых фракций) проводится в паро­вой фазе при температуре 450 °С и давлении 0,1 — 0,2 МПа на катализаторе комплексообразующего типа. В результате образования значительного количе­ства ароматических углеводородов их содержание в бен­зине увеличивается по сравнению с бензином термиче­ского крекинга с 3 до 16%, что повышает октановое число до 77 — 78 единиц.

В результате перераспределения водорода между рас­щепляемыми молекулами выделяется кокс, а образова­ние непредельных углеводородов уменьшается. Снижение доли непредельных углеводородов в бензине является благоприятным фактором, так как это значительно повы­шает его химическую стойкость и предотвращает образо­вание смолистых продуктов при хранении и применении.

Коксообразование является чрезвычайно нежелательным процессом при крекинге, поскольку оно сопро­вождается отложением углерода на поверхности катали­затора. Твердые коксовые отложения забивают поры, уменьшают активность катализатора, резко замедляя крекирование углеводородов. Для восстановления актив­ности катализатора его регенерируют. Регенерация ката­лизатора заключается в выжигании с его поверхности коксовых отложений нагретым до 550 —600 °С воздухом. До недавнего времени этот процесс был периодическим и потому дорогим. В настоящее время используется бо­лее эффективная непрерывная схема регенерации. Приме­няемые для этой цели наиболее совершенные установки со взвешенным и движущимся слоем катализатора обес­печивают автоматизированный и непрерывный вывод за-коксованного катализатора из зоны крекинга, восстано­вление его активности в регенераторе и механизирован­ное возвращение в контактный аппарат.

Непрерывность регенерации облегчает утилизацию теплоты при выжигании кокса. Часть его используется в котлах-утилизаторах при получении пара за счет теп­лоты дымовых газов, другая — для дополнительного на­грева сырья горячим регенерированным катализатором в реакционной зоне аппарата каталитического крекинга. Подобная утилизация теплоты уменьшает энергетические затраты процесса, удешевляет и облегчает управление аппаратурой.

Обычно выход кокса при каталитическом крекинге со­ставляет около 5 %. Некоторое увеличение до 8 — 10% интенсифицирует отщепление и перераспределение водо­рода в молекулах, за счет чего выход бензина несколько повышается, а содержание в нем непредельных углеводо­родов понижается.

В результате каталитического крекинга керосино-соляровых фракций получают около 12—15% газа, богато­го ценными для органического синтеза пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракциями, до 10% ката­литического газойля — лучшего дизельного топлива, 4 — 5% кокса и до 70% бензина с октановым числом 77-78.

Сравнительно большой выход бензина с высокими антидетонационными свойствами является одним из преимуществ каталитического крекинга по сравнению с термическим. Другое достоинство этого метода заключается в возможности получения из высокосернистых нефтяных фракций бензина с низким содержанием серы. Последнее особенно важно в связи с тем, что в ближайшие годы по­требность во вторичной переработке высокосернистой нефти будет возрастать, так как запасы и добыча мало­сернистой нефти сокращаются. Уже сейчас в связи с пре­имущественной добычей сернистой нефти более 2/з выпу­скаемого дизельного топлива содержит серы до 1 %, а остальное - до 0,2 %.

Улучшение качества светлых нефтепродуктов и в осо­бенности увеличение октанового числа бензинов и повы­шение их стабильности может быть достигнуто использованием каталитического риформинга.

Каталитический риформинг в отличие от каталитического крекинга проводится в среде водорода под давлением и в присутствии катализатора контактно­го типа. Использование водорода и катализаторов подобного типа позволяет затормозить отложение кокса на катализаторе и снизить содержание серы в бензине при получении его из сернистых нефтяных фракций.

Независимо от условий процесса при каталитическом риформинге наряду с жидкими продуктами получается от 5 до 15% газов, содержащих водород, метан, этан, пропан, бутан и изобутан. Некоторые из этих газообразных углеводородов служат сырьем для производства метанола, формальдегида, дивинила, пропилена и высо­кооктановых добавок к бензину. Содержащиеся в газе значительные количества дешевого водорода могут быть использованы для очистки нефтепродуктов от серы. В этом смысле наиболее эффективным методом очистки нефтепродуктов, и особенно керосина, дизельного топ­лива и даже масел, является гидроочистка.

2.Использование химических процессов обеспечивает более глубокую переработку нефти с получением светлых нефтепродуктов в количествах, превышающих их содержание в исходной нефти в 1,5 — 2 раза.

Химические процессы позволяют получать сырье для многих нефтехимических производств, в частности, непредельные углеводороды — этилен, пропилен, бутилены, бутадиен, ароматические углеводороды — бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, изопропилбензол и др. На базе такого сырья осуществляется производство пластмасс, синтетических каучуков, синтетических волокон, моющих средств и других ценных продуктов.

Использование ряда химических процессов позволяет повышать качество светлых нефтепродуктов и масел — обеспечивать обессеривание, повышение антидетонационных свойств и стабильности, снижение коксуемости, улучшение цвета и т.д.

Перечислим некоторые основные химические процессы, используемые при переработке нефти и получившие широкое распространение: каталитический риформинг, каталитический крекинг, изомеризация, алкилирование, гидроочистка, гидрокрекинг, коксование, пиролиз, полимеризация.

Названные химические реакции, используемые в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, существенно различаются по режиму (давление от атмосферного до 200 МПа, температура от 100 до 700 °С) и используемым катализаторам. Подобное многообразие обусловливает необходимость использования различной аппаратуры и методов расчета, и поэтому в данной главе излагаются основные положения и понятия, относящиеся к реакционным аппаратам, наиболее распространенным при переработке нефтяного сырья.

Аппарат, в котором осуществляется тот или иной химический процесс, называют реакционным устройством или реактором. В ряде случаев такой аппарат называют иначе, учитывая особенности химического процесса или его назначения; так, например, на установке каталитического крекинга аппарат, в котором осуществляется реакция окисления (горения) кокса, отложившегося на катализаторе, носит название регенератора, так как его назначение — восстановить активную способность катализатора, т.е. регенерировать его. Общепринятой классификации химических процессов и реакторов нет, поэтому отметим некоторые наиболее существенные ее признаки. Химические процессы подразделяются на каталитические и некаталитические, гомогенные и гетерогенные, экзотермические и эндотермические.

Каталитический риформинг

Каталитический риформинг бензиновых фракций, применяемый для получения высокооктановых бензинов, выделения товарных ароматических углеводородов (бензола, толуола, этилбензола, ксилолов) и производства технического водорода.

При риформинге получают также газ с высоким содержанием водорода, используемый для гидроочистки при обессеривании нефтепродуктов. Каталитический крекинг различных видов дистиллятного и остаточного сырья с целью получения высокооктановых бензинов и газа с высокой концентрацией пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций. Процесс протекает при температуре 420 — 550 0С и давлении 0,1 — 0,3 МПа в присутствии платинового, алюмосиликатных, цеолитсодержащих и других катализаторов. При риформинге получают также газ с высоким содержанием водорода, используемый для гидроочистки при обессеривании нефтепродуктов.

Каталитический крекинг

Каталитический крекинг является наиболее освоенным в нефтеперерабатывающей промышленности России процессом глубокой переработки нефти. Несмотря на то что его мощности по отношению к мощности первичной переработки нефти не превышает нескольких процентов, он занимает ведущее место в получении моторных топлив.

Каталитический крекинг различных видов дистиллятного и остаточного сырья с целью получения высокооктановых бензинов и газа с высокой концентрацией пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций. Процесс протекает при температуре 420 — 550 0С и давлении 0,1 — 0,3 МПа в присутствии алюмосиликатных, цеолитсодержащих и других катализаторов.

Изомеризация

Изомеризация нормальных углеводородов (пентан, бутан, бензиновая фракция) для получения изобутана, используемого для алкилирования, или изопентана — сырья для получения синтетического каучука и высокооктановых компонентов бензина. Катализатором изомеризации служит хлористый алюминий. Процесс ведут при температуре 120—150 °С и давлении до 1 МПа.

Гидроочистка

Гидроочистка — для обессеривания нефтяных фракций, а также для насыщения водородом непредельных углеводородов, содержащихся в продуктах вторичной переработки. Этот процесс используется также для завершающей очистки масел и парафинов. Процесс осуществляется при температуре 300 — 420 °С и при давлении 3-4 МПа.

Реактор гидроочистки дизельного топлива (с аксиальным движением сырья)

Гидрокрекинг

Гидрокрекинг высококипящих дистиллятных фракций для получения дополнительного количества светлых нефтепродуктов. Процесс осуществляется при температуре 370 — 420 ' С и давлении 14 — 20 МПа. Путем гидрокрекинга высокосернистых мазутов может быть обеспечено значительное снижение содержания серы в котельном топливе с целью уменьшения загрязнения воздушного бассейна двуокисью серы.

Алкилирование

Алкилирование изопарафиновых углеводородов непредельными осуществляется с целью получения высокооктановых компонентов бензинов. В качестве непредельных углеводородов используют пропилен, бутилены, амилены, в качестве изопарафиновых углеводородов — изобутан или изопентан. Так, при алкилировании изобутана бутиленом получают изооктан.

Реакция алкилирования осуществляется при температуре от 0 до — 10 0С, если в качестве катализатора используется серная кислота, или при 25 — 30 °С в присутствии катализатора — фтористоводородной кислоты.

Дегидрирование

Дегидрирование — процесс, сопровождающийся отщеплением водорода от молекул, предназначается для получения непредельных углеводородов из предельных, например бутилена из бутана, бутадиена из бутилена, изоамилена из изопентана, изопрена из изоамилена. Процесс протекает на хромоалюминиевых катализаторах при температуре 530 — 600 °С и давлении атмосферном или ниже атмосферного. В результате дегидрирования из этилбензола получают стирол, а из изопропилбензола — а-метилстирол.

Полимеризация

Полимеризация — процесс получения высокомолекулярного вещества — полимера в результате взаимодействия низкомолекулярных веществ — мономеров. Этот процесс используется для получения пластмасс, синтетических каучуков, масел и других продуктов. Так, полимеризацией пропилена в присутствии катализатора — фосфорной кислоты получают тетрамер пропилена, используемый в производстве моющих средств.

Полимеризацией пропилена получают высококачественную пластмассу — полипропилен. Полимеризацией изобутилена получают твердый полиизобутилен (молекулярная масса около 200 000) или жидкий полиизобутилен (молекулярная масса около 10 000).

Гимнастика для глаз. На 35 минуте урока для улучшения функционального состояния зрения «Зарядка для глаз на основе методики Базарного» 5 мин.

1 Упражнение: Закрыть глаза, расслабить их, открыть (4-5 раз).

2 Упражнение: Круговые вращения глазами сначала в одну, затем в другую сторону (4-5 раз).

3 Упражнение: Вращения глазами в обе стороны по лежачей восьмёрке (4-5 раз). 4 Упражнение: Перевод взгляда с ближней точки на дальнюю точку.

Закрепление знаний

I. Фронтальный опрос: Что вам запомнилось за урок?

ІІ. Разделить группу на 3 подгруппы.

Задания: предоставить минипроект по каталитическим проектам, защитить.

Задания подгруппам:

Вариант 1 (1 отдел)

Разделите продукты переработки и основные аппараты установок нефтегазопереработки, перечисленные ниже, на группы

(основные, вспомогательные и вторичного назначения):

1. реактор

2. регенератор

3. насос

4. дизельная фракция

5. гудрон

6. сухой газ

7. головка стабилизации

8. компрессор

9. экстрактор

10. бензин

11. керосин

12. вакуумный газойль

13. теплообменник

14. фильтр

15. сепаратор

Вариант 2 (2 отдел)

Разделите продукты переработки и основные аппараты установок нефтегазопереработки, перечисленные ниже, на группы

(основные, вспомогательные и вторичного назначения):

1. керосино-газойлевая фракция

2. АВО

3. керосин

4. стабилизационная колонна

5. ректор

6. регенератор

7. пропан-пропиленовая фракция

8. жирный газ

9. гудрон

10. насос

11. эжектор

12. ребойлер

13. пневмоподъемник

14. катализатор

15. водяной пар

Вариант 3 (3 отдел)

Разделите продукты переработки и основные аппараты установок нефтегазопереработки, перечисленные ниже, на группы

(основные, вспомогательные и вторичного назначения):

1. холодильник

2. роторно-дисковый контактор

3. печь

4. пластмасс

5. ВСГ

6. емкость

7. Моноэтаноамин

8. абсорбер

9. кипятильник

10. кокс

11. дизельная фракция

12. нестабильный бензин

13. закоксованный катализатор

14. гидрогенизат

15. алкилат

Жүктеу

ЖИ арқылы жасау

ЖИ арқылы жасау

Бөлісу