ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИЙ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗШИХ ОЛЕФИНОВ В ТЕХНОЛОГИИ FCC НА ОСНОВЕ УЧЕТА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП В МОЛЕКУЛАХ УГЛЕВОДОРОДОВ И КВАНТОВОЙ ХИМИИ

Abstract

Актуальность работы обусловлена ростом потребления низших олефинов как ценного нефтехимического сырья и развитием технологий их производства, таких как каталитический крекинг. Наиболее востребованными продуктами нефтехимии являются низшие олефины, такие как пропилен, бутилен. Ежегодно 400 млн толефинов производятся различными способами. Около 60 % мирового нефтяного сырья используется в процессе каталитического крекинга, с применением этой технологии производится 59 % всех олефинов. В соответствии с анализом современного состояния нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для увеличения выхода олефинов необходим глубокий анализ процесса и реакций каталитического крекинга. Установление термодинамических закономерностей является первым этапом анализа химического процесса. Цель: установление влияния структуры изомеров углеводородов на термодинамическую вероятность реакций с образованием непредельных газообразных продуктов крекинга. Методы: математические расчеты на основе метода функциональных групп (Constantinou–Gani и Joback) и методов квантовой химии с целью определения термодинамических параметров, таких как энтальпия и свободная энергия Гиббса реакций каталитического крекинга при различной температуре; оценка эффективности методов на основе сравнения результатов математических расчетов с литературными данными. Результаты. Установлено, что влияние структуры образующихся изомеров на термодинамические закономерности реакций гораздо более значительно, чем изменение температуры каталитического крекинга. В результате термодинамического анализа сделаны выводы о том, что для получения газообразных продуктов наиболее предпочтителен крекинг: 1) 2,2,3-триметилбутана для получения пропилена; 2) 2-метилгексана, 3-метилгексана и 3-этилпентана для получения пропана и изо-бутилена; 3) октен-1 получения бутилена. Вышеперечисленные реакции образования газообразных продуктов получаются при вторичном крекинге углеводородов бензиновой фракции. Таким образом, достичь максимальной селективности процесса по олефинам можно, подбирая условия проведения процесса (температура, время контакта). Показано, что метод функциональных групп на основе Constantinoui–Gani достаточно точно описывает термодинамические закономерности реакций крекинга, но вместе с тем не рассматривает превращения неароматических соединений и влияние вариаций цис- и транс-конфигураций в структуре молекулы. Таким образом, в этих случаях рекомендуется использовать методы квантовой химии.