Процесс пиролиза углеводородного сырья - Курсовая работа

В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых государств определяется объемами производства низших олефинов. Основным источником их производства служит процесс термического пиролиза углеводородов с водяным паром. Этот процесс представляет собой модификацию термического крекинга нефтепродуктов, развитие которого с применением трубчатых печей началось в 1910-20 годах на нефтеперерабатывающих заводах США. Именно на установках пиролиза получают сегодня первичные продукты, обеспечивающие сырьем производства пластических масс, синтетических смол, каучуков и волокон. Структура сырья для пиролиза в целом характеризуется разнообразием.Пиролиз высококипящих нефтяных фракций (например, газойля) приводит к образованию большого количества смолы пиролиза, содержащей ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и другие), а также олефины C5 и выше, в том числе и циклические (например, циклопентадиен). В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800 - 900°С и при давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик - 0,3 МПА, на выходе - 0,1 МПА избыточных). Условно все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные. К числу основных параметров, влияющих на процесс пиролиза, относятся температура, время пребывания сырья в зоне реакции и парциальное давление углеводородов. Так, при пиролизе широкой фракции (35-180°С) прямогонного бензина при различных температурах и постоянных значениях времени реакции, давления и разбавления сырья водяным паром в интервале температуры от 600 до 680°С из алканов и нафтенов в заметном количестве образуются наряду с этиленом и пропиленом высшие олефины - пентены и гексены.Бензин поступает на прием насоса 1, нагревается до 80-100°С в теплообменнике 2 за счет тепла циркулирующего тяжелого масла и поступает в конвекционную камеру печи 3. Сырье и водяной пар для его разбавления смешивают непосредственно в камере конвекции. Из печи продукты пиролиза направляют в закалочно-испарительный аппарат (ЗИА) 4 для снижения температуры и прекращения реакции. Продукты пиролиза охлаждают в ЗИА до 350-400°С и направляют в узел 6 впрыска масла (узел дозакалки), где они охлаждаются до 200°С за счет смешения с циркулирующим тяжелым маслом. Затем смесь продуктов реакции и масла направляют в колонну 7 первичного фракционирования, орошаемую легким маслом (легкой смолой).Часовая производительность по этилену: Часовой расход бензина: где и - массовая доля этилена и этана пиролиза бензина соответственно; - массовая доля этилена в продуктах пиролиза этана; уэт - конверсия этана =55,1%. Материальный баланс установки пиролиза бензина выход продуктов выход при пиролизе бензина выход при пиролизе этана всего с установки выход на пропущенный бензин кг/ч %масс. кг/ч %масс. кг/ч %масс. кг/ч %масс. водород 677,6 0,2 651,9 3,7 1329,5 0,4 1257,3 0,4 метан 58274,8 17,2 1057,1 6 59331,9 17,5 56109,5 17,5 17956,8 5,3 52,9 0,3 18009,6 5,3 17031,5 5,3 бутен-1 3049,3 0,9 3049,3 0,9 2883,7 0,9 бутен-2 3726,9 1,1 3726,9 1,1 3524,5 1,1 цис, транс-бутены 4065,7 1,2 4065,7 1,2 3844,9 1,2 бутадиен 2710,5 0,8 2710,5 0,8 2563,2 0,8 фракция С5 2032,8 0,6 2032,8 0,6 1922,4 0,6 фракция С6 2371,6 0,7 2371,6 0,7 2242,8 0,7 жидкие продукты, в т.ч. Компонентный состав бензиновой фракции, поступающий на установку пиролиза компоненты содержание Х1, %масс. молеклярная масса М количество Gi, кг/ч Ni, кмоль/ч теплота образования Н, ккал/кг Ni*H, ккал/ч бутан 0,61 58 2066,7 35,63-37370-1331611 пентан 6,64 72 22496,8 312,46-43330-13538688 гексан 8,69 86 29442,3 342,35-49340-16891677 гептан 8,72 100 29544,0 295,44-55330-16346676 октан 6,09 114 20633,3 180,99-61320-11098567 нонан 2,12 128 7182,7 56,11-67320-3777655 изопентан 2,57 72 8707,3 120,94-44990-5440877 2-метилбутен-2 0,30 0,05 изопрен 2,70 0,46 циклопентадиен 4,50 0,77 пентадиен-1,3транс 1,00 0,17 пентадиен-1,3цис 0,60 0,10 пентадиен-1,4 0,20 0,03 бензол 30,00 5,10 олефины С6, в т.ч.: 6,40 1,09 гексен-1 1,00 0,17 гексен-2цис 1,10 0,19 гексен-2транс 1,10 0,19 гексен-3транс 1,10 0,19 циклогексен 1,00 0,17Плотность газа при нормальных условиях: Массовая теплота сгорания: Элементный состав топлива: Содержание углерода: Содержание водорода: где mi - число атомов водорода в данном компоненте топлива; Mi - молекулярная масса. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг газа: Коэффициент избытка воздуха для газовых горелок акустического типа (АГГ) составляет 1,05 - 1,08. Тогда действительное количество воздуха: Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива: Суммарное количество продуктов сгорания: ?mi = 2,03 4,02 0,4 18,27 = 24,72 кг/кг Проверка: Найдем объемное количество продуктов сгорания (в м3) на 1 кг топлива (при нормальных условиях): Суммарный объем продуктов сгорания: ?VI = 1,03 5 0,28 14,62 = 20,93 м3/кг Плотность продуктов сгорания при н.у.(273 К и 0,1•106Па): Определим энтальпию продуктов сгорания на 1кг топлива при различных температурах по уравнению: QT = (T - 273) •

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Сырье процесса пиролиза

1.2 Условия проведения и химизм процесса пиролиза

1.3 Особенности технологического оформления процесса

2. Технологическая схема процесса пиролиза

3. Расчет материального баланса процесса пиролиза

4. Расчет теплового эффекта процесса пиролиза

5. Расчет трубчатого реактора пиролиза

5.1 Расчет процесса горения

6. Полезная тепловая нагрузка печи

6.1 Расход тепла на реакцию пиролиза

6.2 Расход тепла на подогрев бензина

6.3 Расход тепла на испарение бензина

6.4 Расход тепла на подогрев паробензиновой смеси

6.5 Расход тепла на подогрев парогазовой смеси

6.6 Расход тепла на подогрев химически очищенной воды

7. Расчет радиантной камеры

7.1 КПД печи, расход топлива

7.2 Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру

7.3 Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации

7.4 Кинетический расчет радиантной части змеевика реактора

7.5 Расчет времени пребывания парогазовой смеси в зоне реакции

8. Расчет камеры конвекции

8.1 Змеевик для нагрева паробензиновой смеси

8.2 Змеевик для химически очищенной воды

8.3 Змеевик для нагрева и испарения бензиновой фракции

9. Расчет закалочно-испарительного аппарата

10. Список литературы

В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых государств определяется объемами производства низших олефинов. Основным источником их производства служит процесс термического пиролиза углеводородов с водяным паром. Этот процесс представляет собой модификацию термического крекинга нефтепродуктов, развитие которого с применением трубчатых печей началось в 1910-20 годах на нефтеперерабатывающих заводах США. Первые промышленные синтезы современной нефтехимии были осуществлены на основе этилена и пропилена, выделенных из газов крекинга. Именно на установках пиролиза получают сегодня первичные продукты, обеспечивающие сырьем производства пластических масс, синтетических смол, каучуков и волокон.

Основным способом получения этилена является процесс пиролиза углеводородного сырья. Структура сырья для пиролиза в целом характеризуется разнообразием. Так, пиролизу в тех или иных количествах подвергают этан, пропан, бутан, бензины и газойли. При этом до последнего времени сохраняется заметное различие в структуре сырья, используемого различными странами. В США до 70% общего объема этилена вырабатывается из газообразных углеводородов - этана, природного и попутного газов. В странах Западной Европы и Японии, напротив, 85-98% этилена производится пиролизом бензинов и газойлей. В России структура сырьевой базы пиролиза близка к западноевропейской: свыше 75% общего выпуска этилена в России получено на установках пиролиза бензина. Такое различие в сырьевой базе различных стран обусловлено особенностью топливно-энергетических балансов по странам и регионам, соотношением спроса на моторные и котельные топлива, а также на дизельное топливо и автомобильный бензин. [1]

В нашей стране накоплен значительный опыт в области эксплуатации отечественных и зарубежных установок, разработки и усвоение новых технических решений по системам пиролиза различных углеводородов.

Необходимо отметить, что до недавнего времени производством именно этилена, а также пропилена определялась ценность процесса пиролиза. Однако образующиеся при пиролизе и другие углеводороды - бутадиен, бутилены, низкомолекулярные ароматические углеводороды, ацетилен, метилацетилен, циклопентадиен и другие газообразные соединения, а также жидкие фракции повышают привлекательность этого процесса как источника ценных углеводородов для промышленности нефтехимического и органического синтеза. [2]