Застосовування процесу ізомеризації. Супровід реакції: крекінг, гідрокрекінг й диспропорціонування. Ізомеризація парафінових вуглеводнів. Розрахунок основних технологічних і конструктивних параметрів реактора установки ізомеризації бензинової фракції.
Аннотация к работе
В промисловості і в побуті достатньо високе значення має процес ізомеризації, оскільки за допомогою цього процесу ми отримуємо високоякісний бензин, який має достатньо високе октанове число. В результаті цього даний бензин можна використовувати, як паливо для автомобілів внутрішнього згорання (при низькому октановому числі двигун автомобіля псується і швидко виходить з ладу). Мається на увазі те, що процесом ізомеризації попередньо отримують і-пентан, який в подальшому в реакторах каталітичної дегідратації отримують ізопрен, а той - для отримання ізопренового каучуку, який має велике значення в промисловості і побуті в загалі, тому що каучук використовується в основному для виготовлення, як в самій ж автомобільній галузі (шини, обладнання салону і т.д.) і в побуті (леноліуми та ін.).Значення ентальпії , Дж/моль, зміни ентропії , Дж/(моль·К), і константи рівноваги Кр для реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів С4 - С6 у газовій фазі [2] ?Н0 ?S0 Кр ?Н0 ?S0 Кр ?Н0 ?S0 Кр н-Бутан 2-метилпропан 8,4 15,5 4,5 8,2 15,3 1,2 8 14,8 0,7 н-Пентан 2-метилбутан 8 5,4 13 8,1 5,5 3,6 7,8 5,2 2,1 н-Пентан 2,3-диметилпропан 19,5 42,5 15 18,7 40,5 0,7 17,4 38,3 0,2 н-Гексан 2-метилпентан 7,1 7,9 6,7 6,6 6,8 2,2 6,1 5,9 1,4 н-Гексан 3-метилпентан 4,4 8,6 2,1 4,3 8,6 1,03 4,4 8,6 0,8 н-Гексан 2,2-диметилбутан 18,3 30,1 14,5 18,2 29,8 2,2 17,4 28,5 0,6 н-Гексан 2,3-диметилбутан 10,6 22,7 4,6 10,7 23,2 1 10,5 22,9 0,4 Вони протікають практично без зміни обєму, тому термодинамічна рівновага залежить від температури; низькі температури благочинять утворенню ізопарафінових вуглеводнів. Тепловий ефект реакції ізомеризації невеликий - від 2 до 20 КДЖ/моль - і мало міняється зі зміною температури. При розрахунку рівноважних сполук за значеннями констант рівноваги необхідно також ураховувати, що на практиці при протіканні реакції ізомеризації не завжди утворяться всі теоретично можливі ізомери; наприклад, у продуктах ізомеризації пентану були виявлені тільки два ізомери - н-пентан і ізопентан (2-метилбутан); неопентан (2,2-диметилпропан) не був виявлений.Кінетика й механізм реакції ізомеризації залежать від типу каталізатора й умов проведення реакції. В умовах гетерогенного каталізу реакція ізомеризації парафінів протікає по термодинамічно контрольованому механізмі [2].Розглядаючи механізм ізомеризації парафінових вуглеводнів на біфункціональних каталізаторах, що містить метали VIII групи, можна припустити три типових випадки, залежно від кислотності носія [2]: 1) на каталізаторах з дуже сильною кислотністю носія ізомеризація відбувається на кислотних центрах, роль металу зводиться до обмеження утворення коксу й запобіганню від дезактивації кислотних центрів; прикладом може служити процес на алюмоплатиновому каталізаторі, промотированому хлором; 2) на каталізаторах з дуже низькою кислотністю носія ізомеризація відбувається тільки на металевих центрах, і механізм реакції залежить від розміру кристалітів металу; 3) на каталізаторах із середньою кислотністю носія, таких як платина, на аморфному алюмосилікаті або на фторованому оксиді алюмінію, ізомеризація відбувається по звичайному біфункціональному механізму - утворення проміжних сполук на металевих ділянках і ізомеризація олефінів на кислотних ділянках. Якщо ізомеризація протікає на поверхні металів, механізм відрізняється від біфункціонального. У випадку біфункціонального механізму в адсорбції парафінового вуглеводню на поверхні металу беруть участь два сусідніх атоми вуглецю, від парафінового вуглеводню можуть відчіплюватися два атоми водню з утворенням олефіна в газовій фазі, адсорбований олефін може піддатися гідрогенолізу.Вважається в кінетиці ізомеризації парафінових вуглеводнів на біфункціональних каталізаторах, за деяким виключенням, стадією, що лімітує загальну швидкість реакції ізомеризації. Серії дослідів по впливі фтору, натрію, заліза й платини на активність алюмоплатинових каталізаторів у реакції ізомеризації н-гексана проводилися при 400 0С, тиску 4МПА й зміні обємної швидкості подачі н-гексана від 1,0 до 4,0 . Досліди на платинованому оксиді алюмінію, промотированому різними кількостями фтору - від 0 до 15% (рис. 2.3), показали, що в міру збільшення кількості фтору в каталізаторі до 5% спостерігався значний ріст його ізомеризуючої активності; оскільки питома поверхня каталізатора не піддавалася помітним змінам, ріст каталітичної активності пояснюється зміною хімічний властивостей активної поверхні, а саме посиленням кислотності. У дослідах із платинованим алюмосилікатом зміна вихідної ізомеризуючої активності каталізатора досягалося отруєнням каталізатора натрієм (рис. При збільшенні кількості Na2O від 0,09 до 0,8%, тобто в 9 разів, константа швидкості ізомеризації зменшувалася приблизно теж в 9 разів.Був вивчений також вплив парціальних тисків н-пентана й водню на швидкість протікання реакції. Для опису отриманих закономірностей було використане рівняння для випадку константи швидкості реакції: де К - величина, пропорційна швидкості; - обємна швидкість подачі сиров
План
Зміст
Вступ
1. Фізико-хімічні основи процесу
1.1 Термодинамічні закономірності реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.2 Кінетика й механізм ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.1.1. Механізм ізомеризації на біфункціональних каталізаторах
1.3 Кінетика ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.3.1 Кінетичні закономірності ізомеризації н-пентана на промислових каталізаторах
1.4 Реакції, що супроводжують ізомеризацію
1.5 Роль водню в здійсненні реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів