Основные термокаталитические превращения углеводородных фракций.
В нефтепереработке наиболее распространены каталитические процессы получения топлив – каталитический крекинг, риформинг, гидроочистка, алкилирование, изомеризация и гидрокрекинг. Каталитические гидроочистка и гидрокрекинг используются также для производства высококачественных нефтяных масел и парафинов.
Присутствие катализаторов позволяет: 1). снизить энергию активации реакции; 2). повысить скорость реакции; 3). понизить температуру процесса.
Катализаторы характеризуются: селективностью (избирательностью), активностью и сроком службы.
Селективность – способность катализатора ускорять только одну или несколько химических реакций определённого типа из числа термодинамически вероятных.
Активность характеризуется количеством катализатора, необходимым для превращения определённого количества исходных веществ в конечные продукты за единицу времени.Зависит от поверхности катализатора.
Активаторы (промоторы) могут: увеличить поверхность катализатора и сохранить её в ходе процесса – структурные промоторы;изменять химическое строение поверхности, увеличивая число центров координации молекул реагентов - химические промоторы.
Срок службы. Утомление катализатора – снижение его активности. Регенерациякатализатора – отложения (смолы) отделяют механически, остаток выжигают в потоке воздуха; окисленные катализаторы оживляют восстановлением водородом.
В качестве катализаторов обычно используют алюмосиликаты (цеолиты) с активирующими добавками, в том числе с редкоземельными элементами. Также используют кислоты, соли, металлы и их оксиды.
Каталитический крекинг - процесс деструктивной переработки нефти или её фракций, проводимый в присутствии катализатора.Протекает по цепному катионному механизму.
Для каталитического крекинга характерны, помимо реакции расщепления, изомеризация и дегидрирование.
Алканы изомеризуются в углеводороды с разветвлённой цепью, а также циклизуются с последующим гидрированием, что приводит к образованию аренов. Нафтены в результате дегидрирования также превращаются в арены. Арены с длинными боковыми цепями в условиях крекинга дезалкилируются (отщепляются боковые группы) с образованием бензола и непредельных углеводородов.
Каталитический риформинг, которому подвергают бензино-лигроиновые фракции, является своеобразным крекингом, который, в отличие от каталитического крекинга, проводится под давлением в среде водорода и в присутствии катализаторов другого типа.
Использование водорода и катализаторов позволяет не только затормозить отложение кокса на катализаторе, но и значительно снизить содержание серы в бензине при получении его из сернистых нефтяных фракций.
Наибольшее распространение получил так называемый платформинг - процесс каталитической переработки лёгких нефтяных фракций, проводимый на платиновом катализаторе (платина на окиси алюминия) в среде водорода при температуре 5000С.
В ходе каталитического риформинга алкановпротекают реакции изомеризации и дегидроциклизации. Изомеризация протекает по карбкатионному механизму и приводит к образованию малоразветвлённых алканов. Дегидроциклизациязаключается в превращении алканов в арены:
Каталитический риформинг часто реализуется как гидрокрекинг – крекинг, осуществляемый под давлением газообразного водорода.В этом случае из алканов образуются алканы меньшей молекулярной массы:
В ходе каталитического риформинга нафтеновпротекают реакции изомеризации, дегидрирования, гидрокрекинга:
В ходе каталитического риформинга ареновпротекают реакции изомеризации, диспропорционирования:
В условиях каталитического риформинга происходит изомеризация и ароматизация бензиновых фракций, что повышает эксплуатационные характеристики топлив.