- •Оглавление.
- •Раздел I введение в технологию
- •Глава 1
- •Основные понятия и определения
- •§ 1.1. Предмет и содержание курса технологии отраслей промышленности
- •§ 1.2. Связь технологии с экономикой
- •§ 1.3. Понятие о технологических процессах: принципы их классификации
- •§ 1.4. Материальные и энергетические (тепловые) балансы
- •§ 1.5. Понятие о себестоимости и качестве промышленной продукции
- •§ 1.6. Общие положения по технике безопасности и охране труда на промышленных предприятиях
- •Глава 2 сырье, вода и энергия в промышленности § 2.1. Сырье в промышленности
- •Минеральное сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Обогащение сырья
- •Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов
- •§ 2.2. Вода в промышленности
- •Промышленная водоподготовка
- •Промышленные сточные воды и их очистка
- •§ 2.3. Роль энергии в технологических процессах
- •Рациональное использование энергии
- •Глава 3 научно-техническая революция и научно-технический прогресс в промышленности § 3.1. Сущность, значение и основные направления научно-технического прогресса
- •§ 3.2. Нтр и технология
- •§ 3.3. Химизация народного хозяйства - важное направление нтп
- •§ 3.4. Нтп в области промышленных материалов
- •§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства
- •§ 3.6. Применение вычислительной техники и асу в технологии
- •§ 3.7. Экологические проблемы нтп
- •Раздел II
- •§ 4.2. Основные закономерности, определения и классификация химических процессов
- •§ 4.3. Понятие о скорости и равновесии химических процессов
- •§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
- •§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
- •Перспективы развития и совершенствования химико-технологических процессов
- •Глава 5. Высокотемпературные процессы § 5.1. Сущность и значение высокотемпературных процессов
- •Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области
- •Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
- •Условия, ограничивающие применение высоких температур
- •Типовое оборудование
- •§ 5.2. Тенденции совершенствования высокотемпературных процессов
- •§ 5.3. Высокотемпературные процессы в металлургии
- •Высокотемпературные процессы черных металлов в производстве
- •§ 5.4. Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов
- •§ 5.5. Высокотемпературная переработка топлива
- •Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций
- •§ 5.6. Высокотемпературные процессы в химической промышленности
- •Глава 6 электрохимические процессы § 6.1. Значение и сущность электрохимических процессов
- •Основные закономерности электрохимических процессов
- •§ 6.2. Электролиз водных растворов Электрохимическое производство хлора и едкого натра (каустической соды)
- •Электролиз воды
- •Электрохимическое производство продуктов окисления
- •§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
- •§ 6.4. Электролиз расплавленных сред
- •Свойства расплавленных электролитов
- •Глава 7 каталитические процессы § 7.1. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения
- •§ 7.2. Применение каталитических процессов в промышленности
- •§ 7.3. Производство аммиака
- •§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
- •Глава 8 процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением § 8.1. Роль давления в технологии
- •§ 8.2. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов
- •§ 8.3. Роль давления в жидкофазных и твердофазных процессах
- •Глава 9 биохимические процессы § 9.1. Основные понятия и определения
- •§ 9.2. Применение биотехнологических процессов в промышленности
- •Глава 10 фотохимические процессы
- •Глава 11 радиационно-химические процессы
- •Глава 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
- •§ 12.2. Виды плазмохимических процессов
- •Глава 13 общие сведения о физических процессах химической технологии § 13.1. Значение физических процессов и их классификация
- •§ 13.2. Виды физических процессов Физико-механические процессы
- •Массообменные процессы
- •Раздел III
- •§ 14.2. Кислоты, щелочи Неорганические кислоты
- •§ 14.3. Минеральные удобрения
- •§ 14.4. Полимеры Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения
- •Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве
- •Химические волокна и их применение в народном хозяйстве
- •Каучуки и резина
- •§ 14.5. Нефтепродукты
- •Глава 15 строительные материалы § 15.1. Общие сведения
- •§ 15.2. Основные виды строительных материалов Природные (естественные) материалы, применяемые в строительстве
- •Керамические материалы
- •Огнеупорные материалы
- •Минеральные вяжущие
- •Бетон, железобетон и строительные растворы
- •Силикатные (автоклавные) материалы
- •Асбестоцементные материалы
- •Стекло и изделия на его основе
- •Теплоизоляционные материалы
- •Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
- •§ 16.2. Методы определения качества металла (сплава)
- •§ 16.3. Термическая и химико-термическая обработка
- •§ 16.4. Черные металлы и сплавы
- •Материалы со специальными свойствами (стали, сплавы)
- •Магнитные материалы
- •Инструментальные материалы
- •§ 16.5. Цветные металлы и их сплавы
- •§ 16.6. Коррозия металлов
- •Классификация коррозионных процессов
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •§ 16.7. Защита металлов от коррозии Защита металлов от химической коррозии
- •Экономия на 1 т листа
- •Защита металлов от электрохимической коррозии
- •Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
- •Раздел IV
- •Типы производств
- •Типизация технологических процессов
- •Технологичность конструкций изделий
- •Качество изделий
- •Понятие о точности обработки
- •Основные методы и средства контроля качества изделий
- •Шероховатость поверхности
- •Выбор заготовок
- •§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса
- •Глава 18
- •Литье в песчано-глинистые формы
- •Специальные способы литья
- •§ 18.2. Основы технологии производства заготовок методами пластической деформации
- •Формообразование заготовок, изделий из пластмасс и резины методами пластической деформации
- •Формообразование деталей методами порошковой металлургии
- •§ 18.3. Изготовление неразъемных соединений Понятие о неразъемных соединениях. Виды неразъемных соединений
- •Сущность процессов сварки материалов и их классификация
- •Сварка плавлением
- •Огневая резка материалов
- •Сварка давлением
- •Контроль качества сварных соединений
- •Клеевая технология
- •§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием
- •Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
- •Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращения
- •Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
- •Обработка плоских поверхностей
- •Обработка фасонных поверхностей
- •Методы изготовления деталей зубчатых зацеплений
- •Обработка резанием неметаллических материалов
- •Обработка заготовок на агрегатных станках
- •§ 18.5. Электрофизические методы обработки
- •Применение ультразвука в промышленности
- •Плазменная обработка материалов
- •Лазерная обработка
- •Глава 19 основные технологические процессы электроники и микроэлектроники § 19.1. Технология изготовления интегральных микросхем
- •Фотолитография в микроэлектронике
- •Нанесение тонких пленок в вакууме
- •Осаждение из газовой фазы
- •§ 19.2. Технология изготовления печатных плат
- •Технологические процессы изготовления пп
- •Субстрактивные методы изготовления печатных плат
- •Технология изготовления многослойных печатных плат
- •Аддитивные методы изготовления печатных плат
- •Печатные платы с многопроводным монтажом
- •Глава 20 технология сборочных процессов § 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и его организационных формах
- •§ 20.2. Контроль и испытание готовых изделий
- •Глава 21 основы технологии строительного производства § 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства ссср
- •§ 21.2. Строительные работы
- •§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
- •Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
- •§ 22.2. Методы оптимизации технологических процессов
- •Регрессионный и корреляционный методы анализа при оптимизации технологических процессов
- •Методы планирования эксперимента для оптимизации технологических процессов
§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
В каталитических процессах нефтепереработки применяются два типа катализаторов: контактные (платина, хром, оксид молибдена) и комплексообразующие (например, синтетические длюмосиликаты).
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. Однако одновременно с усилением коксообразования значительно усложняется регенерация катализатора, что является существенным недостатком процесса, поскольку регенерация катализатора без нарушения его качеств — довольно сложная задача.
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. Такой эффект достигается каталитическим отщеплением атомов серы и их последующим гидрированием, что позволяет связать серу до газообразного легко отделяемого сероводорода.
Разнообразные варианты каталитического риформинга отличаются друг от друга температурой процесса, давлением, используемыми катализаторами и методами их регенерации.
Наибольшее распространение получил так называемый платформинг — процесс каталитической переработки легких нефтяных фракций, проводимый на платиновом катализаторе (платина на оксиде алюминия) в среде водорода при температуре 500 °С. Обычно в качестве легких нефтяных фракций используются низкооктановые бензины прямой перегонки либо бензино-лигроиновая смесь.
В результате одновременно протекающих реакций расщепления молекул, гидрирования, изомеризации и образования ароматических соединений при платфор-минге можно получить (в зависимости от давления) высокооктановый бензин либо ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол). Так, например, если платформинг проводится при давлении от 1,5 до 3,0 МПа, то получают бензол, толуол, ксилол; при давлении около 5 МПа образуется высококачественный бензин с октановым числом 98. Такой бензин отличается малым содержанием серы, высокой устойчивостью при хранении и применении.
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.
Гидроочистка проводится под давлением водорода 5-7 МПа при температуре 340-430°С на алюмокобальтомолибденовом катализаторе. В результате взаимодействия водорода с сернистыми, азотистыми и кислородсодержащими соединениями образуются легко удаляемые сероводород, аммиак и вода. Сероводород может быть использован для получения серы и серной кислоты, а ахммиак — для получения удобрений. Большим преимуществом гидроочистки является отсутствие потерь углеводородной части сернистых соединений. Кроме того, очищенные продукты не содержат непредельных углеводородов, что усиливает их химическую стабильность при хранении.
Сочетание процессов каталитического риформинга с гидроочисткой исключает необходимость строительства на нефтеперерабатывающих заводах специальных установок по производству водорода, позволяя комплексно использовать сырье на месте его переработки.