Цеолиты, строение, классификация, получение.

Цеолиты резко повлияли на защиту ОС(уменьшение парниковых газов), повышение производительности, качество продукции, создание экологически чистого моторного топлива, появились биологически разлагаемые детергенты(стиральные порошки) и упаковочные материалы, на переработку отходов, глубину переработки нефти, возможност ь переработки газа и альтернативных топлив(коряво)).

Цеолиты — алюмосиликаты с кристаллической решеткой и открытыми полостями, занятыми ионами металлов и водой. Эти ионы и вода имеют подвижность, позволяющую осуществить катионный обмен и дегидратацию.

Впервые были синтезированны в 1938 году, в 1954 началось промышленное производство и использование в качестве осушителей (они впитывают воду до 26% от своего веса), 1962 — осуществленна денормализация (намеренное изменение структуры)

Кристаллическая структура цеолитов природных и искусственных образована тетраэдрическими группами SiO2/4 и AlO2/4, объединёнными общими вершинами в трёхмерный каркас, пронизанный полостями и каналами (окнами) размером 2-15 Ангстерм. Открытая каркасно-полостная структура цеолитов [AlSi]O4- имеет отрицательный заряд, компенсирующийся противоионами (катионами металлов, аммония, алкиламмония и др. ионов, введённых по механизму ионного обмена) и легко дегидратирующимися молекулами воды.

По структурно-химической классификации цеолиты относятся к каркасным алюмосиликатам щелочных и щелочно-земельных элементов.

По происхождению природные цеолиты — гидротермальные, экзогенные, реже метаморфические минералы.

Искусственно синтезированные цеолиты (пермутиты) находят широкое применение в водоочистительных приборах, как адсорбенты, ионообменники, молекулярные сита; применяют в качестве доноров и акцепторов электронов. Также цеолиты получили весьма широкое применение как катализаторы многих процессов нефтехимии и нефтепереработки и как гетерогенных катализаторов. Широко используются в аналитической химии в качестве цеолит-модифицированных электродов; для обнаружения газов; для разделительных и концентрационных методов.

Наиболее распространённые представители группы цеолитов: садалиты, шабазиты, мордениты, натролиты, гейландиты.

Возможности получения цеолитов с заданной структурой и составом определяются температурой, составом алюмосиликатных систем и особенно природой щелочного компонента. В ряде случаев результаты синтеза зависят также и от состояния исходных реагентов используемых при синтезе. Если синтез цеолитов осуществляется путем нагревания щелочных силикаалюмогелей, предварительно полученных смешением растворов силикатов и алюминатов, то при выбранной температуре природа кристаллизующихся цеолитов и состав кристаллов зависят только от состава гелей. (картинка с получением у меня)

АЛКИЛИРОВАНИЕ ИЗОПАРАФИНОВ ОЛЕФИНАМИ НА ЦЕОЛИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ

Подтверждением предположения могут служить результаты для других реакций карбоний-ионного типа. Например, олефины способствуют ускорению крекинга w-алканов на цеолитных катализаторах, лишь будучи взятыми в определенных, «пороговых» концентрациях. Если учесть независимо протекаютуя обратимую реакцию изомеризации бутена-1 в бутен-2, то можно допустить ч го в определенный момент времени концентрация бу-тена в определенной зоне слоя катализатора может быть ниже, чем в последующей.

Обладая высокой алкилирующей способностью в начальный период протекания реакции, катализатор постепенно утрачивает ее, проявляя лишь изомеризующую и впоследствии димеризую-щую или полимеризующую активность. При этом правильнее, безусловно, говорить о том, что изначально катализатор способен инициировать указанные процессы, однако постепенно его алкилирующая функция ослабляется с сохранением сначала изомеризующсй, а затем — только полимеризующей функций. Последние две функции не обнаружены нами сразу только по причине высоких разбавлений бутена-1 изобутаном. Реализованные условия препятствуют заметному контакту бутена с поверхностью катализатора, благодаря чему процессы изомеризации и димеризации бутена протекают лишь в незначительных масштабах.

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕФОРМИНГ, каталитич. переработка бензиновых фракций (в осн. прямогонных) под давлением Н2 с целью получения высокооктановых автомобильных бензинов, ароматич. углеводородов (бензола, толуола, ксилолов и др.) и водородсодержащего газа. Каталитический реформинг-один из важнейших процессов нефтеперерабатывающей и нефтехим. пром-сти.

Физико-химические основы процесса. Каталитический реформинг осуществляют в реакторах с неподвижным или движущимся слоем катализатора. В первом случае процесс проводят под давлением 1, 5-4 МПа, что обеспечивает достаточную продолжительность работы катализатора без регенерации. Во втором случае (давление ок. 1 МПа) катализатор непрерывно выводят из реакторов и подвергают регенерации в отдельном аппарате. Несмотря на разницу в технол. оформлении и катализаторах, общий характер превращений углеводородов в обоих случаях одинаковый, различаются только скорости отдельных р-ций. Осн. процессы каталитического реформинга приводят к образованию ароматич. и изопарафиновых углеводородов. Ароматич. углеводороды получают в результате дегидрирования 6-членных и дегидроизомеризации алкилированных 5-членных нафтеновых углеводородов, а также дегидроциклизации парафиновых углеводородов. Изопарафиновые углеводороды образуются гл. обр. при изомеризации и гидрокрекинге более высокомол. парафиновых углеводородов. Одновременно происходят побочные р-ции - гидрирование и полимеризация непредельных углеводородов, деалкилирование и конденсация ароматич. углеводородов, способствующие отложению кокса на пов-сти катализатора. При каталитическом реформинге нафтеновые углеводороды на 90-95% превращ. в ароматические; степень конверсии парафиновых углеводородов зависит от давления (табл. 1). С повышением общего давления и одновременно парциального давления Н2 снижается выход ароматич. углеводородов и интенсифицируется разложение парафинов; кроме того, уменьшается кок-сообразование и увеличивается продолжительность работы катализатора без регенерации

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ, термокаталитич. переработка нефтяного сырья с целью получения продуктов меньшей мол. массы - компонентов высокооктановых бензинов, легкого газойля, углеводородных газов С3-С4 и др. Каталитический крекинг - один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Осн. достоинство процесса - большая эксплуатац. гибкость: возможность перерабатывать практически любые нефтяные фракции в высококачеств. продукты; сравнительная легкость совмещения с др. процессами, напр., с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбц. очисткой, деасфальтизацией и т. д. Такой универсальностью объясняется весьма значит. доля каталитического крекинга в общем объеме переработки нефти, напр., в 1984 в США - более 30%, в Зап. Европе - 10%.

Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101, 325 кПа и 20 °С) природный газ находится только в газообразном состоянии.

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — до 98 %. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана:

этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), а также другие неуглеводородные вещества:

водород (H2), сероводород (H2S), диоксид углерода (СО2), азот (N2), гелий (Не).

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан.

Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении.

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам.

Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении.

Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атмосфер прокачивается по трубам диаметром до 1, 4 метра. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет кинетическую энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм и охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее — это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры — газовозы. Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре -градусов Цельсия. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами танкеры. Обычная вместимость современных танкеров составляет порядка от 150.000 до 250.000 м³. Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000–3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно - разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится так же тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом минерального топлива. При сгорании его образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к некоторому незначительному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — резкого потепления климата. В связи с этим в 1997 г. некоторыми странами был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта.