Хроматографический и ИК-спектральный анализ химического состава пиролизного дистиллята

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследования по определению химического состава пиролизного дистиллята, образца CП ООО «Uz-Kor Gas Chemical». Определен качественный и количественный состав пиролизного дистиллята с помощью метода газожидкостной хроматографии, а также ИК-спектральным методом изучены его функциональные группы. Пиролизный дистиллят содержит в основном арены и олефины с числом углерода 6–12. Содержание олефинов составляет 23,41%, аренов – 68,89%. Присутствуют также алканы, диены, циклоалканы.

ABSTRACT

The article presents the results of a study to determine the chemical composition of pyrolysis distillate, a sample of JV LLC "Uz-Kor Gas Chemical". The qualitative and quantitative composition of pyrolysis distillate was determined using the gas-liquid chromatography method, and its functional groups were studied by IR spectral meth. Pyrolysis distillate contains mainly arenes and olefins with a carbon number of 6-12. The content of olefins is 23.41%, arenes 68.89%. Alkanes, dienes, and cycloalkanes are also present.

Ключевые слова: пиролиз, пироконденсат, пиролизный дистиллят, хроматография, индивидуальный состав, функциональные группы, алкены, арены, алканы, циклоалканы, диены.

Keywords: pyrolysis, pyrocondensate, pyrolysis distillate, chromatography, individual composition, functional groups, alkenes, arenes, alkanes, cycloalkanes, dienes.

Введение. В последние годы химическая промышленность Узбекистана радикально изменилась: была проведена комплексная реформа, в которой важную роль сыграло производство продуктов с высокой добавленной стоимостью на основе глубокой переработки местного сырья. В связи с этим особое значение приобретает производство новых импортозамещающих химических продуктов на основе переработки существующих в стране углеводородов. Руководство страны уделяет большое внимание созданию новых высокотехнологичных химических объектов, таких как Шуртанский и Устюртский газохимические комплексы, что позволило республике стать одним из лидеров по производству полимерной продукции в Центральной Азии [1].

Совместное предприятие ООО «Uz-Kor Gas Chemical» является одним из крупнейших в Центральной Азии производителей полимерной продукции на основе переработки природного газа в Устюртском регионе. Годовая производственная мощность завода составляет 387 000 тонн полиэтилена и 83 000 тонн полипропилена. При этом образуется более 102 тыс. тонн пиролизного дистиллята, 8 тыс. тонн пиролизного масла (ТПС – тяжелая пиролизная смола) и 10 тыс. тонн смолистых продуктов. Пиролизный дистиллят, пиролизное масло и смолистые продукты в республике не перерабатываются [2].

Согласно договору от 19 мая 2012 года между ООО «Бухарский нефтеперерабатывающий завод» и СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» с октября 2015 года начата поставка пиролизного дистиллята и пиролизного масла с Устюртского газохимического предприятия в ООО «Бухарский нефтеперерабатывающий завод».

Вовлечение пиролизного дистиллята и пиролизного масла в нефтегазоконденсатное сырье в ноябре 2015 года и переработка на действующих технологических установках Бухарского НПЗ резко отразились на качестве авиационного керосина. Так, в выработанном авиационном керосине один из основных показателей качества – термоокислительная стабильность – превысил значение 4 (высота отложений на трубке при 260 °С по калориметрической шкале ASTM), которая согласно нормативным требованиям для авиатоплива Джет А-1 должно быть менее 3 (фактический показатель обычно составляет не более 2). При проведении лабораторных анализов по определению показателя «термоокислительная стабильность» на лабораторном аппарате JFТОТ закупорились тестовые трубки, что привело к выходу из строя дорогостоящего аппарата, в связи с содержанием непредельных углеводородов (олефинов, диенов) и высокомолекулярных ароматических углеводородов, которые подвергаются окислительным процессам.

Были проведены исследования по изучению возможности использования пиролизного дистиллята в качестве компонента для приготовления автобензинов в связи с невозможностью переработки в существующих технологических процессах нефтеперерабатывающего завода республики.

Результаты исследований по приготовлению автобензинов при вовлечении пиролизного дистиллята в автобензин марки АИ-80 до 15 % показали несоответствие конечного продукта требованиям класса К-2 стандарту O’zDSt 3031:2015 «Бензины автомобильные. Технические условия» по содержанию бензола и индукционному периоду.

Исходя из невозможности переработки пиролизного дистиллята до полезного продукта, в настоящее время исследование метода и разработка технологии его переработки остаются актуальной задачей перед учеными и специалистами сферы нефтехимии и нефтегазопереработки.

Учитывая вышеизложенного в настоящей работе ставилась цель – исследование химического состава пиролизного дистиллята ИК-спектральным и хроматографическим методом.

Объекты и методы исследования. В качестве объекта исследования использовали пиролизный дистиллят – образец Устюртского ГХК.

В работе использованы современные физико- и коллоидно-химические (ИК-спектроскопия и газожидкостная хроматография) методы исследования, позволяющие определить функциональные группы и индивидуальный углеводородный состав пиролизного дистиллята.

Результаты исследования. В процессе пиролиза, помимо основных продуктов, образуются дополнительные продукты с гораздо более высокой (20–40 %) дополнительной молекулярной массой. Жидкие продукты пиролиза подразделяются на конденсат пиролиза (пиробензол, легкая пиролизная смола) и тяжелую пиролизную смолу. Пироконденсат нагревается до 190–200 °C, а тяжелые смолы – до 190–360 °C [3].

Промышленные процессы включают отделение следующих фракций от пироконденсата: C₅, бензол-толуол-ксилол (БТК) или бензол-толуол (БT), C₉. Нафталиновый концентрат, фракции алкилнафталина, аценафтена, фтора и антрацена-фенантрена отделяли от тяжелых смол. В Узбекистане преобладающим сырьем для термического пиролиза являются этан, пропан-бутановая фракция и газоконденсат. Учитывая различный состав сырья пиролиза исследован химический состав пиролизного дистиллята. Качественный и количественный состав образца пиролизного дистиллята СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» анализирован на газожидкостном хроматографе Agilent 7890 GC 5977B MS. В составе пиролизного дистиллята определены 149 компонентов, относящихся к различным углеводородным группам, таким как алканы, циклоалканы, олефины, диены, арены (моно- и бициклические ароматические углеводороды). Поэтому эти компоненты разделяли по числам углерода и углеводородным группам. Результаты анализа приведены на рисунке 1 и в таблице 1.

Рисунок 1. Хроматограмма пиролизного дистиллята

Таблица 1.

Химический состав пиролизного дистиллята

Проводили ИК-спектроскопический анализ пиролизного дистиллята для определения различных функциональных групп в его структуре. Образец снят на ИК-спектрометре Spectrum 65 в кювете из KBr. На рисунке 2 представлен ИК-спектр пиролизного дистиллята.

Рисунок 2. ИК-спектр пиролизного дистиллята

ИК-спектр показал, что он имеет полосы, характерные для ароматических групп (3047,53 см^–1, 1610,56 см^–1), для алкеновой группы –С=С– (1253,73 см^–1; 1440,83 см^–1), для винильной группы >С=СН₂ (700,16 см^–1), для диенов C=C=C (1980,89 см^–1), и полосы, характерные для алкина ≡С–Н (599,66 см^–1). Отчетливо проявляется характеристический триплет 725,23, 754,17 и 802,39 см^–1 – признак наличия ароматических структур.

Заключение. Определение химического состава пиролизного дистиллята образца СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» было проведено для решения проблемы рационального использования, т.е. нужно было найти пути его химической переработки с целью получения автомобильного бензина. Результаты анализа показали, что в сравнении с литературными данными [4], в соответствии с данными таблицы разница составляет от 3 до 10 %, и, таким образом, пиролизный дистиллят может быть использован в качестве сырья с богатым углеводородным составом для дальнейшей химической переработки.

Вопрос подготовки сырья для производства углеводородных материалов имеет важное значение при создании обоснованных составных формул с учетом данных экономического и экологического анализа. Химическая природа пиролизного дистиллята, большой объем производства делают его одним из целевых продуктов при производстве различных видов материалов из отходов, что повышает эффективность производства пиролиза совместного предприятия ООО «Uz-Kor Gas Chemical» за счет производства новых видов химической продукции.

Список литературы:

1. Исследование химического состава пироконденсата пиролизного производства / О.Ш. Кодиров [и др.] // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2018. – № 9 (54) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6383.
2. Официальный сайт СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.uz-kor.com/index.php/ru/deyatelnost.
3. Сосновская Л.Б. Интенсификация процессов этиленового производства на примере ОАО «Нижнекамскнефтехим»: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Казань, 2007. – 18 с.
4. Справочник нефтехимика: в 2 т. Т. 1 / под ред. С.К. Огородникова. – Л. : Химия, 1978. – 496 с.