| 1. Какое действие оказывает сера на топливо | |
| Автор: drug | Категория: Естественные науки / Химия | Просмотров: | Комментирии: 0 | 18-04-2013 19:55 |
1. Какое действие оказывает сера на топливо
Сера приводит к окислению моторного масла, что приводит к сильному загрязнению окружающей среды выхлопными газами. С другой стороны, сера необходима в топливе для смазки частей двигателя для снижения их износа. Оптимальное содержание серы в дизельном топливе - от 0,15 до 1,5%.
2. Влияние содержания серы в топливе на экологию
Содержание серы в топливе напрямую влияет на выделение в окружающую среду диоксида серы, и хотя бòльшая часть таких выбросов связана с отоплением промышленных и жилых помещений, значительные объемы диоксида серы выбрасываются в атмосферу автомобилями. Диоксид серы вызывает образование сульфатных частиц, которые могут оказывать целый ряд негативных воздействий на здоровье людей. Они также участвуют в образовании той дымки над автодорогами, которая знакома любому, кому приходится ходить или ездить на велосипеде вдоль дорог с интенсивным движением. Диоксид серы также может превращаться в высококоррозийную серную кислоту ("кислотный дождь"), которая, среди прочего, способна повреждать даже здания.
3. Методы очистки от серы
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ ОТ СЕРАОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Очистка нефтепродуктов от серы связана с постоянным повышением требований к качеству моторных и печных топлив и с решением вопросов охраны окружающей среды. Дистилляты, получаемые в процессах переработки нефти, отличаются между собой количеством и составом сернистых соединений. Так, групповой состав органических соединений серы, выделенных из средних фракций арланской нефти, показал, что меркаптаны в них практически отсутствуют, и 85-95% соединений представлены циклическими насыщенными сульфидами, а также полиалкилзамещенными и циклоалкилзамещенными тиофенами, диалкилсульфидами, бензтиофенами, тиаинданами и алкилциклоалкилсульфидами, суммарное содержание которых не превышает 15%. В дизельной фракции ромашкинской нефти преобладают би-, три-, политиацикланы и ароматические сульфиды [2], поэтому методы и условия их очистки различны.
Легкие фракции (бензино-лигроиновые) содержат преимущественно низкомолекулярные сернистые соединения, часть из которых представлена сероводородом и легкими меркаптанами. Сероводород и меркаптаны, а также часть остальных сернистых соединений можно удалить сравнительно простыми по технологическому оформлению химическими методами (например, щелочной очисткой).
При щелочной очистке сероводород реагирует с образованием кислых и средних солей:
H2S + NaOH NaHS + H2O,
H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O,
Na2S + H2S 2NaHS
Меркаптаны дают при взаимодействии со щелочью меркаптиды:
RSH + NaOH RSNa + H2O
К недостаткам щелочной очистки следует отнести безвозвратную потерю дорогого реагента и образование трудноутилизируемых сернисто-щелочных стоков.
Более тяжелые фракции (керосиновые, фракции дизельного топлива, вакуумный газойль) содержат в основном циклические и полициклические высокомолекулярные сернистые соединения, для удаления которых требуется глубокая и сложная очистка.
В общем случае методы очистки нефти и нефтяных дистиллятов можно разделить на две группы: 1) способы, связанные с разрушением сераорганических соединений и удалением их из топлив; 2) способы селективного извлечения органических соединений серы с одновременной очисткой нефтяных фракций.
Первая группа методов включает: 1) адсорбционно-каталитическое обессеривание нефтяных фракций в присутствии адсорбентов и катализаторов; 2) обессеривание нефти и нефтепродуктов с помощью микроорганизмов. Вторая группа методов включает: 1) экстракционные методы; 2) способы окислительного десульфирования.
КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ГИДРООЧИСТКА
Каталитическая гидроочистка, основанная на селективном гидрогенолизе С-S-связей, протекает с образованием сероводорода и углеводородов и позволяет снизить содержание серы на 85-97%. Гидрогенолиз является характерной реакцией для всех групп органических соединений серы (ОСС):
Скорость гидрирования ОСС увеличивается в ряду меркаптаны > дисульфиды > сульфиды ї тиофаны > тиофены, что соответствует их стабильности. При изменении условий гидрогенолиза - увеличении давления водорода, повышении активности катализатора, изменении температуры - гидрирование ОСС протекает эффективно с образованием соответствующих углеводородов и сероводорода.
Катализаторами гидродесульфирования ОСС являются оксиды или сульфиды кобальта, молибдена, вольфрама, никеля, железа или их смеси на оксиде алюминия.
В Институте химии нефти Сибирского отделения РАН предложена схема реакции ОСС с сульфидированными Al2O3-CoO-MoO3-катализаторами (kat):
H2 + S + (kat) [H2S_kat]
[H2S_kat] + R2S H2S + 2RH + [kat_S]
[kat_S] + H2 [H2S_kat]
Процесс гидрообессеривания нефтяных фракций сопровождается реакциями гидрокрекинга, дегидрирования нафтеновых и дегидроциклизации парафиновых углеводородов. Процесс гидроочистки легких и средних дистиллятов весьма эффективен и широко используется в промышленности; основные трудности возникают при гидроочистке тяжелых фракций и остатков нефти. Успешное развитие процессов гидрообессеривания остаточного сырья определяется достижениями в области создания катализаторов.
Биодесульфуризация. Микробная десульфуризация нефти включает аэробные и анаэробные трансформации ОСС, ведущие к образованию легкоудаляемых водорастворимых продуктов. При этом главное условие состоит в избирательном удалении серы без деструкции остальных компонентов нефти. Передовые позиции в создании промышленной биотехнологии десульфуризации занимают американские и японские фирмы.
Наиболее эффективным физико-химическим методом обессеривания является экстракция ОСС минеральными и органическими кислотами. Этот способ представляет интерес для получения товарных продуктов - сернистых концентратов. При этом очищенные нефтепродукты получаются побочно.
Сернокислотная очистка. Это один из наиболее старых методов очистки нефтепродуктов, заключается в том, что продукт смешивают с небольшим количеством серной кислоты (90-93% H2SO4) при обычной температуре. Концентрированная серная кислота - сильный окислитель, поэтому ОСС сульфируются и окисляются [1]: меркаптаны до дисульфидов, сульфиды до сульфоксидов, тиофаны и тиофены до сульфоксидов.
Механизм взаимодействия алифатических и циклических сульфидов заключается в образовании кислых сульфатов сульфониевых солей.
Сераорганические соединения, являясь слабыми основаниями, легко образуют с серной кислотой сульфониевые соединения.
Реакция протонизации ОСС с серной кислотой - процесс экзотермический, ограничиваемый термодинамическим равновесием. Существенное влияние на процесс оказывают температура, природа протоноакцептора и растворителя. Протоноакцепторная способность снижается с ростом молекулярной массы ОСС в ряду
Следует отметить, что применение концентрированной серной кислоты для удаления сернистых соединений затруднительно, так как наряду с комплексообразованием сернистых соединений происходят нежелательные процессы окисления, осмоления, сульфирования и растворения сернистых соединений в кислоте, в результате чего часть их разрушается, а другая безнадежно теряется в виде высокополимерных продуктов. Поэтому для выделения сернистых соединений из нефти и нефтепродуктов применяется не концентрированная, а 50-80%-ная серная кислота. К недостаткам метода следует отнести деструкцию и потерю сульфидов, а также большой расход серной кислоты. Для получения 1 кг концентрата сульфидов требуется около 13-16 кг концентрированной серной кислоты. Более эффективным экстрагентом является хлорная кислота. Однако взрывоопасность и высокая стоимость хлорной кислоты не позволяют ей конкурировать с серной кислотой.
В качестве экстрагентов применяются также фенол, фурфурол, диэтиленгликоль, жидкий сернистый ангидрид, сульфолан, фтористый водород. Степень экстракции сернистых соединений в значительной мере определяется их природой. Действие всех экстрагентов основано на слабом диполь-дипольном взаимодействии между полярными молекулами экстрагента и ОСС.
4. Методы определения серы и сернистых соединений в лабораторных условиях
Ламповый метод
Бомбовый метод
Сжигание в кислородно-водородной горелке
«Метод определения серы в нефтепродуктах (Высокотемпературный
метод)»
МЕТОД ЭШКА
— классический метод определения общей серы в горючих ископаемых, основанный на прокаливании со смесью Эшка (окись магния и безводный углекислый натрий в определенных соотношениях); в ходе последующих этапов обработки сера переходит в сульфатную форму (ГОСТ 8606—61). Далее сульфаты экстрагируют раствором соляной кислоты или водой и определяют гравиметрическим способом после осаждения их хлоридом бария. В настоящее время М. Э. вытесняется менее трудоемким методом сжигания в пустой трубке в токе кислорода
5. Классификация нефтей по содержанию серы
a) Малосернистые (до 0,5 % S) b) Сернистые (0,5-2 % S) c) Высокосернистые (св. 2 % S)
6. В каких фракциях содержится сера?
Во всех фракциях нефти
7. Какие соединения с углеводородами образует сера
Меркаптаны (тиолы), алифатические сульфиды (тиоэфиры), моно- и полициклические сульфиды, тиофены, тиофаны
По лабораторной работе:
1. Что залито в абсорбер
10 мл раствора углекислого натрия и 10 мл дистилированной воды
2. Какие газы образуются
CO, CO2, SO2, SO
3. Что происходит в абсорбере при прохождении газа
SO2 + OH- = HSO3-
4. Чем титруют
0.05 н раствор HCl
Работа №2
1. Какие виды топлива вы знаете
Твердые (древисина, уголь, торф), жидкие (дизельное топливо, бензин, керосин), газообразные (пропан, бутан, метан, водород)
2. Какое действие оказывает влага при сгорании топлива
Влага снижает температуру в топке и увеличивает объем дымовых газов. Влажность топлива тоже оказывает влияние на величину прямой отдачи топки. Она вызывает сильную коррозию топливоподающей аппаратуры.
3. На какие качества угля влияет влажность?
Теплотворная способность, процесс коксования
4. Как устраняется влага?
сушка (угли)
• гравитационное холодное разделение (отстаивание);
• фильтрация;
• разделение в поле центробежных сил (центрифугирование);
• электрическое воздействие;
• термическое воздействие;
• внутритрубная деэмульсация;
• воздействие магнитного поля.
5. Что достигается брикетированием угля
Брикетирование позволяет утилизировать невостребанные мелкие фракции угля, улучшить в результате брикетирования качественные и теплотехнические характеристики топлива при значительном увеличении полноты сгорания, уменьшить засоренность окружающей среды.
6. Методы обогащения угля
По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение:
сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),
мокрое (в воде, тяжёлых средах),
в гравитационном поле,
в поле центробежных сил,
в магнитном поле,
в электрическом поле.
Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжёлых средах преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов.
Для обогащения наиболее мелких частиц применяют способ флотации, основанный на разнице в поверхностных свойствах компонентов (избирательной смачиваемости водой, прилипании частиц минерального сырья к пузырькам воздуха).
7. Что образует золу? Ее воздействие на качество угля
Сера приводит к окислению моторного масла, что приводит к сильному загрязнению окружающей среды выхлопными газами. С другой стороны, сера необходима в топливе для смазки частей двигателя для снижения их износа. Оптимальное содержание серы в дизельном топливе - от 0,15 до 1,5%.
2. Влияние содержания серы в топливе на экологию
Содержание серы в топливе напрямую влияет на выделение в окружающую среду диоксида серы, и хотя бòльшая часть таких выбросов связана с отоплением промышленных и жилых помещений, значительные объемы диоксида серы выбрасываются в атмосферу автомобилями. Диоксид серы вызывает образование сульфатных частиц, которые могут оказывать целый ряд негативных воздействий на здоровье людей. Они также участвуют в образовании той дымки над автодорогами, которая знакома любому, кому приходится ходить или ездить на велосипеде вдоль дорог с интенсивным движением. Диоксид серы также может превращаться в высококоррозийную серную кислоту ("кислотный дождь"), которая, среди прочего, способна повреждать даже здания.
3. Методы очистки от серы
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ ОТ СЕРАОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Очистка нефтепродуктов от серы связана с постоянным повышением требований к качеству моторных и печных топлив и с решением вопросов охраны окружающей среды. Дистилляты, получаемые в процессах переработки нефти, отличаются между собой количеством и составом сернистых соединений. Так, групповой состав органических соединений серы, выделенных из средних фракций арланской нефти, показал, что меркаптаны в них практически отсутствуют, и 85-95% соединений представлены циклическими насыщенными сульфидами, а также полиалкилзамещенными и циклоалкилзамещенными тиофенами, диалкилсульфидами, бензтиофенами, тиаинданами и алкилциклоалкилсульфидами, суммарное содержание которых не превышает 15%. В дизельной фракции ромашкинской нефти преобладают би-, три-, политиацикланы и ароматические сульфиды [2], поэтому методы и условия их очистки различны.
Легкие фракции (бензино-лигроиновые) содержат преимущественно низкомолекулярные сернистые соединения, часть из которых представлена сероводородом и легкими меркаптанами. Сероводород и меркаптаны, а также часть остальных сернистых соединений можно удалить сравнительно простыми по технологическому оформлению химическими методами (например, щелочной очисткой).
При щелочной очистке сероводород реагирует с образованием кислых и средних солей:
H2S + NaOH NaHS + H2O,
H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O,
Na2S + H2S 2NaHS
Меркаптаны дают при взаимодействии со щелочью меркаптиды:
RSH + NaOH RSNa + H2O
К недостаткам щелочной очистки следует отнести безвозвратную потерю дорогого реагента и образование трудноутилизируемых сернисто-щелочных стоков.
Более тяжелые фракции (керосиновые, фракции дизельного топлива, вакуумный газойль) содержат в основном циклические и полициклические высокомолекулярные сернистые соединения, для удаления которых требуется глубокая и сложная очистка.
В общем случае методы очистки нефти и нефтяных дистиллятов можно разделить на две группы: 1) способы, связанные с разрушением сераорганических соединений и удалением их из топлив; 2) способы селективного извлечения органических соединений серы с одновременной очисткой нефтяных фракций.
Первая группа методов включает: 1) адсорбционно-каталитическое обессеривание нефтяных фракций в присутствии адсорбентов и катализаторов; 2) обессеривание нефти и нефтепродуктов с помощью микроорганизмов. Вторая группа методов включает: 1) экстракционные методы; 2) способы окислительного десульфирования.
КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ГИДРООЧИСТКА
Каталитическая гидроочистка, основанная на селективном гидрогенолизе С-S-связей, протекает с образованием сероводорода и углеводородов и позволяет снизить содержание серы на 85-97%. Гидрогенолиз является характерной реакцией для всех групп органических соединений серы (ОСС):
Скорость гидрирования ОСС увеличивается в ряду меркаптаны > дисульфиды > сульфиды ї тиофаны > тиофены, что соответствует их стабильности. При изменении условий гидрогенолиза - увеличении давления водорода, повышении активности катализатора, изменении температуры - гидрирование ОСС протекает эффективно с образованием соответствующих углеводородов и сероводорода.
Катализаторами гидродесульфирования ОСС являются оксиды или сульфиды кобальта, молибдена, вольфрама, никеля, железа или их смеси на оксиде алюминия.
В Институте химии нефти Сибирского отделения РАН предложена схема реакции ОСС с сульфидированными Al2O3-CoO-MoO3-катализаторами (kat):
H2 + S + (kat) [H2S_kat]
[H2S_kat] + R2S H2S + 2RH + [kat_S]
[kat_S] + H2 [H2S_kat]
Процесс гидрообессеривания нефтяных фракций сопровождается реакциями гидрокрекинга, дегидрирования нафтеновых и дегидроциклизации парафиновых углеводородов. Процесс гидроочистки легких и средних дистиллятов весьма эффективен и широко используется в промышленности; основные трудности возникают при гидроочистке тяжелых фракций и остатков нефти. Успешное развитие процессов гидрообессеривания остаточного сырья определяется достижениями в области создания катализаторов.
Биодесульфуризация. Микробная десульфуризация нефти включает аэробные и анаэробные трансформации ОСС, ведущие к образованию легкоудаляемых водорастворимых продуктов. При этом главное условие состоит в избирательном удалении серы без деструкции остальных компонентов нефти. Передовые позиции в создании промышленной биотехнологии десульфуризации занимают американские и японские фирмы.
Наиболее эффективным физико-химическим методом обессеривания является экстракция ОСС минеральными и органическими кислотами. Этот способ представляет интерес для получения товарных продуктов - сернистых концентратов. При этом очищенные нефтепродукты получаются побочно.
Сернокислотная очистка. Это один из наиболее старых методов очистки нефтепродуктов, заключается в том, что продукт смешивают с небольшим количеством серной кислоты (90-93% H2SO4) при обычной температуре. Концентрированная серная кислота - сильный окислитель, поэтому ОСС сульфируются и окисляются [1]: меркаптаны до дисульфидов, сульфиды до сульфоксидов, тиофаны и тиофены до сульфоксидов.
Механизм взаимодействия алифатических и циклических сульфидов заключается в образовании кислых сульфатов сульфониевых солей.
Сераорганические соединения, являясь слабыми основаниями, легко образуют с серной кислотой сульфониевые соединения.
Реакция протонизации ОСС с серной кислотой - процесс экзотермический, ограничиваемый термодинамическим равновесием. Существенное влияние на процесс оказывают температура, природа протоноакцептора и растворителя. Протоноакцепторная способность снижается с ростом молекулярной массы ОСС в ряду
Следует отметить, что применение концентрированной серной кислоты для удаления сернистых соединений затруднительно, так как наряду с комплексообразованием сернистых соединений происходят нежелательные процессы окисления, осмоления, сульфирования и растворения сернистых соединений в кислоте, в результате чего часть их разрушается, а другая безнадежно теряется в виде высокополимерных продуктов. Поэтому для выделения сернистых соединений из нефти и нефтепродуктов применяется не концентрированная, а 50-80%-ная серная кислота. К недостаткам метода следует отнести деструкцию и потерю сульфидов, а также большой расход серной кислоты. Для получения 1 кг концентрата сульфидов требуется около 13-16 кг концентрированной серной кислоты. Более эффективным экстрагентом является хлорная кислота. Однако взрывоопасность и высокая стоимость хлорной кислоты не позволяют ей конкурировать с серной кислотой.
В качестве экстрагентов применяются также фенол, фурфурол, диэтиленгликоль, жидкий сернистый ангидрид, сульфолан, фтористый водород. Степень экстракции сернистых соединений в значительной мере определяется их природой. Действие всех экстрагентов основано на слабом диполь-дипольном взаимодействии между полярными молекулами экстрагента и ОСС.
4. Методы определения серы и сернистых соединений в лабораторных условиях
Ламповый метод
Бомбовый метод
Сжигание в кислородно-водородной горелке
«Метод определения серы в нефтепродуктах (Высокотемпературный
метод)»
МЕТОД ЭШКА
— классический метод определения общей серы в горючих ископаемых, основанный на прокаливании со смесью Эшка (окись магния и безводный углекислый натрий в определенных соотношениях); в ходе последующих этапов обработки сера переходит в сульфатную форму (ГОСТ 8606—61). Далее сульфаты экстрагируют раствором соляной кислоты или водой и определяют гравиметрическим способом после осаждения их хлоридом бария. В настоящее время М. Э. вытесняется менее трудоемким методом сжигания в пустой трубке в токе кислорода
5. Классификация нефтей по содержанию серы
a) Малосернистые (до 0,5 % S) b) Сернистые (0,5-2 % S) c) Высокосернистые (св. 2 % S)
6. В каких фракциях содержится сера?
Во всех фракциях нефти
7. Какие соединения с углеводородами образует сера
Меркаптаны (тиолы), алифатические сульфиды (тиоэфиры), моно- и полициклические сульфиды, тиофены, тиофаны
По лабораторной работе:
1. Что залито в абсорбер
10 мл раствора углекислого натрия и 10 мл дистилированной воды
2. Какие газы образуются
CO, CO2, SO2, SO
3. Что происходит в абсорбере при прохождении газа
SO2 + OH- = HSO3-
4. Чем титруют
0.05 н раствор HCl
Работа №2
1. Какие виды топлива вы знаете
Твердые (древисина, уголь, торф), жидкие (дизельное топливо, бензин, керосин), газообразные (пропан, бутан, метан, водород)
2. Какое действие оказывает влага при сгорании топлива
Влага снижает температуру в топке и увеличивает объем дымовых газов. Влажность топлива тоже оказывает влияние на величину прямой отдачи топки. Она вызывает сильную коррозию топливоподающей аппаратуры.
3. На какие качества угля влияет влажность?
Теплотворная способность, процесс коксования
4. Как устраняется влага?
сушка (угли)
• гравитационное холодное разделение (отстаивание);
• фильтрация;
• разделение в поле центробежных сил (центрифугирование);
• электрическое воздействие;
• термическое воздействие;
• внутритрубная деэмульсация;
• воздействие магнитного поля.
5. Что достигается брикетированием угля
Брикетирование позволяет утилизировать невостребанные мелкие фракции угля, улучшить в результате брикетирования качественные и теплотехнические характеристики топлива при значительном увеличении полноты сгорания, уменьшить засоренность окружающей среды.
6. Методы обогащения угля
По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение:
сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),
мокрое (в воде, тяжёлых средах),
в гравитационном поле,
в поле центробежных сил,
в магнитном поле,
в электрическом поле.
Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжёлых средах преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов.
Для обогащения наиболее мелких частиц применяют способ флотации, основанный на разнице в поверхностных свойствах компонентов (избирательной смачиваемости водой, прилипании частиц минерального сырья к пузырькам воздуха).
7. Что образует золу? Ее воздействие на качество угля
Не Пропустите:
- Практическая работа №1 Тема: Расчет материального и теплового балансов производства серы
- Отчет по лабораторной работе № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ ЛАМПОВЫМ МЕТОДОМ
- Лабораторная работа №2 Тема: Определение качества дизельного топлива
- Практическая работа №2 Тема: Расчет материальных балансов производства серной кислоты методами сухого и мокрого катализа
- Лабораторная работа №1 Тема: Определение качества бензина