CC BY
9Х
И
М
И
Ч
Е
С
К
И
Е
ТЕХНОЛОГИИ
УДК 62
Х.А. Исаева
ВЛИЯНИЕ ТИПА КАТАЛИЗАТОРА НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА ПРЯМОГОННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
В данной научной статье рассматриваются вопросы влияния типа катализатора на низкотемпературные свойства прямогонного дизельного топлива, классификация и характеристика катализаторов, которые своеобразно влияют на внутренние свойства дизельного - прямогонного топлива.
Ключевые слова: дизельное топливо, катализаторы гетерогенные и гомогенные, депарафинизация, селективность.
Переходя непосредственно к изучению вопроса, необходимо дать определение катализатора и раскрыть его свойства. Под катализатором понимается химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию, однако не расходуется само в процессе данной реакции.
На сегодняшний день катализаторы принято разделять на:
- гомогенные;
- гетерогенные.
Первый вид катализатора находится в одной фазе с реагирующими веществами, а второй вид характеризуется тем, что образует самостоятельную фазу, которая отдалена границей раздела от фазы, которая содержит в себе реагирующие вещества. Самыми яркими представителями гомогенных катализаторов являются кислоты и основания. К гетерогенным катализаторам относятся металлы, их оксиды и сульфиды.
В науке установлен факт, что реакции одного и того же типа могут протекать с гомогенными и гетерогенными катализаторами. Вместе с растворами кислот на практике применяются алюмосиликаты и цеолиты, которые имеют кислотные свойства твердые - A12O3, TiO2, ThO2. Вместе с тем гетерогенные катализаторы имеют основные свойства - CaO, BaO, MgO.
Как правило, гетерогенные катализаторы обладают сильно развитой поверхностью, поэтому их распределяют на «инертном» носителе (оксид алюминия, активированный уголь, силикагель и т.п.).
Для всех типов реакций наиболее эффективными являются определенные катализаторы. Помимо вышеуказанных кислотно-основных, существуют и другие катализаторы окисления - восстановления.
© Исаева Х.А., 2019.
Научный руководитель: Махмудова Любовь Ширваниевна - доктор технических наук, профессор, Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщи-кова, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2019. № 4-1(91)
Данные катализаторы характеризуются тем, что в них присутствует переходный металл, а также его соединения (Со+3, V2O5+MoO3). При таком случае катализ осуществляется непосредственно путем изменения степени окисления переходного металла.
Большинство реакций осуществлено с помощью катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла Rh, №). Данный вид катализатора называется координационным.
Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный продукт.
В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции. Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня.
В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты. Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.
Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.
На сегодняшний день одним из основных и перспективных способом получения зимних марок дизельного топлива является каталитическая депарафинизация в среде водорода. Учитывая при этом, что нормальные и слаборазветвленные парафиновые углеводороды подвергаются расщеплению на меньшие молекулы. Данный процесс позволяет нам получить качественное дизельное топливо, обладающее улучшенными низкотемпературными свойствами.
Процесс каталитической депарафинизации характеризуется протеканием в узком интервале определенных параметров, при изменении которых возможно либо максимизирование выхода продукта, либо максимальное улучшение низкотемпературных свойств продукта. Главной задачей данного процесса выступает качественное улучшение низкотемпературных свойств дизельного топлива. При протекании процесса гидродепарафинизации средних дистиллятов происходит гидроочистка дизельного топлива, насыщение его ароматических соединений.
К плюсам процесса каталитической депарафинизации относят:
- повышенная гибкость процесса: на одной и той же установке можно получать фракции базовых масел и дистиллятные фракции с хорошими низкотемпературными свойствами;
- качество получаемых продуктов остается стабильным в течение всего цикла;
- минимальное снижение вязкости получаемых продуктов по сравнении с другими способами депарафинизации;
- стабильность и длительный срок службы катализатора.
Процесс каталитической депарафинизации проходит при высоких температурах и давлении в среде водорода на металлсодержащих катализаторах на основе цеолита. Качество и выход данных продуктов зависят в первую очередь от режима процесса каталитической гидродепарафинизации, а также исходного сырья и типа катализаторов.
В зависимости от состава и качества исходных нефтей выявлен средний групповой углеводородный состав исходного сырья, гидроочищенного дизельного топлива и гидродепарафинизата.
Процесс основан на следующих реакциях:
- селективный гидрокрекинг, когда происходит расщепление нормальных парафиновых углеводородов, а также алкильных заместителей нафтенов и ароматических углеводородов;
- изомеризация, изменение углеродного скелета парафиновых углеводородов с образованием разветвленных структур;
- гидрирование, в среде водорода на металлических центрах катализатора происходит насыщение ароматических, нафтеновых и олефиновых соединений до соответствующих им алканов и циклоалканов;
- гидродециклизация, образованные циклоалканы вступают в реакцию гидрирования с разрывом цикла и образованием соответствующего алкана;
- образование кокса.
На температурные показатели процесса кроме парафинов линейного строения отрицательно влияют нафтеновые и ароматические углеводороды с длинными алкильными заместителями нормального строения. Катализатор гидродепарафинизации обладает высокой селективностью, которая позволяет подвергать крекингу только углеводороды нормального строения, так же и с алкильными заместителями. Расщепление самих колец происходит незначительно. Распад кольца и насыщение образовавшегося углеводорода происходит в основном на катализаторах с низкой кислотной активностью. На катализаторах, имеющих умеренную кислотную активность и высокую гидрирующую способность, образуются длинноцепо-чечные парафины. Изомеризированные парафины образуются на катализаторах с высокой кислотностью
Механизм реакции начинается с того, что на металлическом центре катализатора образуется оле-фин, который адсорбируется на кислотный центр и образует карбениевый ион. Карбениевый ион, в свою очередь, изомеризуется или расщепляется, образуя более устойчивый карбениевый ион и олефин. Оле-фины могут взаимодействовать с карбениевыми ионами. Концом реакции считается гидрогенизациия оле-фина. Относительная скорость протекания реакции зависит от того, как прочно адсорбировался реагент на поверхности катализатора.
Библиографический список
1. Антонов А.С. Катализаторы углубленной переработки нефти,- М.: Химия, 2017. - 272 с.
2. Ваганов П.Н. Катализаторы дизельного топлива - практическое пособие. 2016 г. - 340 с.
3. Кабацкий М.Л., Агронов Д.М. Гидроочистка нефтепродуктов на алюмоникельмолибденовых катализаторах. «С-ПРО» 2016 год. - 128 с.
ИСАЕВА ХАВА АДАМОВНА - магистрант, Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова, Россия.
