Пиролиз углеводородов жидких углеводородных фракций - Дипломная работа

Химическая промышленность является важнейшей отраслью современной индустрии, которая в последние несколько десятилетий, приобрела большое значение в общественном производстве. Нефтехимическая промышленность выросла в крупную индустриальную отрасль в связи с прогрессом в области переработки нефти и газа, который привел к появлению большого количества углеводородного сырья. Промышленность органического синтеза как индустриальная отрасль производства существует более ста лет, после того как во второй половине 19 века была создана теория химического строения, органический синтез получил достаточные теоретические основы для своего развития, что способствовало созданию различных химических производств. Сроки и темпы перехода промышленного органического синтеза с угольного сырья на нефтегазовое и с ацетилена на низшие олефины в разных странах были не одинаковы. В странах Западной Европы, Японии и России преобладание низших олефинов в сырьевой базе отрасли стало заметным с 60-х г. 20 века. В США этилен и пропилен, полученные из газов крекинга при переработке нефти, применяли уже в 20-30-е гг., а современный процесс производства низших олефинов - термический пиролиз углеводородов с водяным паром - выделился из процессов нефтепереработки и превратился в основном промышленный метод получения этилена и пропилена в период 1920 - 1940 гг. Современная мировая структура сырья пиролиза выглядит следующим образом: этан 200?С) имеет в своем составе нафталин и его гомологи, а также небольшое количество тетралина и конденсированных ароматических углеводородов. В последнее время в связи с дефицитом и высокой стоимостью бензиновых фракций в качестве сырья пиролиза применяют также средние и тяжелые нефтяные фракции и даже сырую нефть. В соответствии с результатами термодинамических расчетов пиролиз углеводородов для производства низших олефинов целесообразно проводить при довольно высоких температурах, превышающих 600-700?С и для получения этилена необходима более высокая температура, чем для преимущественного производства пропилена. Реакции гидрирования и дегидрирования: СnН 2n 2 ® СnН2n Н2 являются обратимыми, но параллельно с ними идут необратимые процессы - разрыв цепи, циклизация и т.д. Например: С2Н6 ® С2Н4 Н2 этан этилен С3Н8 ® С2Н4 СН4 Пропан этилен метан С3Н8 ® С3Н6 Н2 Пропан пропилен С4Н10 ® С4Н8 Н2 бутан бутилен На второй стадии протекают вторичные реакции, которые можно разбить на четыре типа: Дальнейшее расщепление олефинов, образовавшихся на первой стадии: С3Н6 ® С2Н2 СН4 пропилен ацетилен метан Гидрирование олефинов, приводящее к образованию вторичных парафинов: С3Н6 Н2 ® С3Н8 пропилен пропан Дегидрирование олефинов, приводящее к образованию диолефинов и ацетиленовых углеводородов: С4Н8 ® Н2С = СН - СН = СН2 Н2 бутилен бутадиен (дивинил) С4Н8 ® НС = С - СН3 СН4 бутилен метилацетилен метан Реакции конденсации, по которым образуются циклоолефины и ароматические соединения: С2Н4 С4Н6 ® С6Н6 2Н2 этилен дивинил бензол При пиролизе этановых фракций реакции можно разбить на две стадии. В первом случае при расщеплении (крекинге) молекулы исходного парафина: Как известно, термодинамическая стабильность определяется температурой, при которой изменение энергии Гиббса становится равным нулю или отрицательным. где ?Н - тепловой эффект реакции, Т - температура, ?S - изменение энтропии, Эти реакции эндотермичны и протекают с увеличением объема. Чтобы сместить равновесие в сторону расщепления сырья и образования олефинов, необходимо увеличить температуру и снизить давление. К отрицательным последствиям относятся затраты энергии на нагрев до температуры реакции, рост инвестиций, связанных с необходимостью увеличения размеров печи и усложнения системы разделения продуктов пиролиза. Для расчета критерия Рейнольдса: Рассчитываем проточное сечение в трубном пространстве: [1,176]: F1 = 397 ; где: f1 - проточное сечение; м2 d1 - диаметр трубопровода, м2 f1 = 397 = 0,2 м2 13. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для масла: 9. Находим расход воды для охлаждения пирогаза: Ms=Q/cs·?t где: Ms - расход воды, кг/час Q - общее количество теплоты, передаваемое ЗИА, ккал/час cs - теплоемкость воды, кДж/кг · °С ?t - температура конечной и начальной температуры пирогаза, равная 605°С Ms = 26 507 852, 66 /1,8·605= 24 341,46 кг/час Полученный данные сводим в таблицу материального баланса 10. Рассчитываем поверхность теплообмена: F=Q/?t·k Где К - коэффициент теплопередачи для данного типа оборудования, выбирается по таблице [1,180], К = 600 кДж/м2 • час • град; - разность температур; °С Q - количество теплоты, передаваемое в теплообменнике бензину, кДж/м2 • час • град [1,175] F = 26 507 852, 66 /605 · 600 = 73,02 м2 15. [19] Контроль производства и управление технологическим процессом Таблица 25 № n/n Что контролируется Позиция прибора Нормы и технические показатели Частота и способ контроля Кто контро-лирует 1 Давление бензина на входе в печь F112 РI 1329 12,5-14,0 бар -«- -«- 2 Давление этана на входе в печь пиролиза F112 PI