Институт природных ресурсов
Отчет по лабораторной работе №4:
определение углеводородного состава продуктов конверсии попутных нефтяных газов на цеолитсодержащих катализаторов
Выполнил: студент группы
Проверил: Хомяков И.С.
Томск – 2013
Цель работы: определить углеводородный состав продуктов конверсии попутных нефтяных газов на цеолитсодержащих катализаторах.
Оборудование и материалы: хроматограф, ЭВМ, ПО Хроматэк - аналитик, пропан - бутановая фракция, сорбент, цеолитсодержащие катализаторы.
Ход работы:
1) Для газовой смеси:
Производим включение хроматографа, производим выход на режим: t=35 ºC; Vвозд=200 мл/мин; tдетек=500 ºC; VН2=20 мл/мин. Далее осуществляем отбор пробы с помощью крана-дозатора. Пропан - бутановая фракция поступает из баллона. После вводим пробу также с помощью крана-дозатора и преступаем к началу анализа. Газовая смесь поступает в колонку, которая заполнена сорбентом (фаза 5 % NaOH, нанесенная на Al2O3), где происходит адсорбция компонентов смеси т.е. изменение концентрации вещества вблизи поверхности раздела фаз. Причина адсорбции - это ненасыщенность межмолекулярных связей вблизи поверхности. После колонка помещается в термостат, где происходит программируемый нагрев (tнач.кол.=35 ºC; tкон.кол.=500 ºC). В результате при определенной температуре происходит десорбция, (процесс обратный адсорбции), определенного компонента газовой смеси, согласно его свойствам, которые поступают в детектор по теплопроводности, где происходит их анализ и систематизация. Полученные данные регистрируются на ЭВМ с помощью программного обеспечения Хроматэк - аналитик 2.5 (таблица 2).
2) Для жидких продуктов:
Произведем включение хроматографа, ожидаем выход хроматографа на режим: t=35 ºC; VHe=30 мл/мин; Vвозд=200 мл/мин; tиспар=250 ºC; VН2=20 мл/мин. Далее сделаем отбор пробы микрошприцом объемом 0,2 мкл. Введен пробу и начнем анализ. Через некоторое время в испарителе происходит испарение пробы и поступление её в колонку. Капиллярная колонка представляет собой неподвижную жидкую фазу, в которой происходит растворение анализируемых углеводородов. Колонка помещена в термостат, где происходит программируемый нагрев (tнач.кол.=35ºC; tкон.кол.=500 ºC). В результате при определенной температуре происходит испарение углеводородных компонентов в определенном порядке (в соответствии с их свойствами), которые поступают в ДИП, где происходит анализ. Полученные данные фиксируются на ЭВМ с помощью по Хроматэк- аналитик 2.5
Таблица 1. Состав изначальной смеси газов С2-С4
| Название | Состав, % |
| Состав газовой фазы | |
| метан | 0,66 |
| этан | 6,33 |
| этилен | 0,19 |
| пропан | 80,06 |
| пропилен | 3,69 |
| и-бутан | 2,58 |
| н-бутан | 6,36 |
Таблица 2. Влияние температуры процесса на состав продуктов переработки газов С2 – С4 на промышленном катализаторе Sud-Chemie при объемной скорости подачи сырья 240ч -1
| Название / температура | ||||
| Выход газовой фазы, масс % | 71,3 | 68,4 | 67,1 | 59,2 |
| Выход жидкой фазы, масс % | 28,7 | 31,6 | 32,9 | 40,8 |
| Состав газовой фазы | ||||
| метан | 19,4 | 28,6 | 37,3 | 45,8 |
| этан | 14,4 | 16,9 | 18,1 | 19,0 |
| этилен | 4,4 | 6,7 | 9,2 | 11,7 |
| пропан | 52,7 | 39,6 | 27,4 | 17,1 |
| пропилен | 4,2 | 5,3 | 5,8 | 5,6 |
| и-бутан | 1,8 | 0,9 | 0,4 | 0,1 |
| н-бутан | 2,4 | 1,3 | 0,6 | 0,3 |
| Состав жидкой фазы | ||||
| бензол | 6,7 | 9,6 | 14,2 | 18,6 |
| толуол | 32,1 | 35,0 | 38,7 | 37,8 |
| этилбензол | 2,7 | 2,8 | 2,8 | 2,5 |
| п,м-ксилолы | 23,0 | 21,8 | 17,2 | 13,5 |
| о-ксилол | 7,6 | 7,4 | 5,9 | 4,7 |
| м-этилтолуол | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| мезителен | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,1 |
| псевдокумол | 1,8 | 2,0 | 1,5 | 1,1 |
| С9-арены | - | - | - | - |
| 1,2,3-триметилбензол | 0,8 | 0,9 | 0,7 | 0,5 |
| м-диэтилбензол | 1,3 | 1,4 | 0,9 | 0,6 |
| С10-арены | - | - | 0,1 | 0,1 |
| 1,2-диметил-3-этилбензол | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 0,3 |
| С11-арены | 2,5 | 3,8 | 1,3 | 2,3 |
| 1,3,5-триметил-2-этилбензол | 3,5 | 4,2 | 2,5 | 1,7 |
| нафталин | 7,6 | 2,2 | 2,5 | 4,1 |
| б-метилнафталин | 4,7 | 2,7 | 3,0 | 4,2 |
| а-метилнафталин | 1,1 | 1,1 | 1,5 | 2,1 |
| б-этилнафталин | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 0,5 |
| а-этилнафталин | 0,4 | 0,2 | 0,2 | 0,3 |
| 2-диметилнафталин | 0,3 | 0,4 | 0,7 | 0,7 |
| Степень конверсии, % | 43,0 | 58,0 | 72,0 | 83,0 |
Вывод: В результате проведенного анализа выявлена зависимость конверсии и селективности образования продуктов превращения газообразных углеводородов на цеолит содержащих катализаторов от температуры реакции. Установлено, что температура является решающим фактором, определяющим глубину и направление превращения низших алканов на цеолитных катализаторах: с повышением температуры степень превращения алканов C1-С4 возрастает из-за увеличения скорости реакций крекинга и дегидрирования. В зависимости от состава исходной смеси газообразных углеводородов значительное увеличение их конверсии наблюдается в температурном интервале 500-600°С, при этом основными продуктами в жидкой фазе являются бензол, толуол, ксилолы и нафталин. С ростом объемной скорости подачи сырья снижается конверсия и содержание в продуктах реакции бензола и нафталина, и повышается выход олефинов С2-С3 и алкилароматических углеводородов. При низких степенях превращения (20-30%) основными реакциями являются дегидрирование и крекинг, а на исходной Н-форме цеолита — крекинг с образованием значительных количеств алканов С1-С2, т.е. на металлсодержащих цеолитах существенно ускоряется процесс дегидрирования низших алканов. При увеличении температуры процентное соотношение выхода газовой фазы и жидкой фазы изменяется: количество газа уменьшается, а жидкой фазы - увеличивается. Степень конверсии существенно увеличивается с увеличением температуры.