Одержання вуглеводнів піролізом дизельного палива

ЗАВДАННЯ

на курсову  роботу

з дисципліни «Загальна хімічна технологія»

Тема роботи: «Одержання вуглеводнів піролізом дизельного палива»

 

1. Термін  виконання студентом роботи: з 07.09.2011р. до 15.03.2012р.

2. Вихідні  дані до роботи: селективність за дизельним паливом: етену – 35,6%, метану – 12,7%, пропену – 18,9%; бутадієну-1,3 – 14,6%, бензину – 7,6%, ксилему – 7,9%, стирену – 2,7%; масове співвідношення водяна пара/ дизельне паливо – 1/1; продуктивність печі піролізу дизельного палива – 300000 т/рік етену; фонд робочого часу – 8100 год; втрати – 3,0%.

3. Зміст роботи: Вступ. Основна частина. 1. Аналіз існуючих методів виробництва бутену. 2. Фізико – хімічні основи процесу дегідрування бутану. 3. Опис технологічної схеми одержання бутену. 4. Обґрунтування і вибір основного реактора дегідрування бутану. 5. Оцінка екологічності виробництва бутену. Висновки. Список використаної літератури.

4. Рекомендована  література:

Загальна  хімічна технологія: Методичні рекомендації та завдання для виконання домашніх і курсових робіт / С.В. Іванов, Н.М. Манчук, П.С.Борсук.–К.: НАУ, 2005 – 60 с.

Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического синтеза.- М.: Химия, 1988. -732с.

Юкельсон  И.И. Технологии основного органического синтеза. - М.: Химия, 1968. – 846c.

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснювальна  записка до курсової роботи: «Одержання вуглеводнів піролізом дизельного палива»: 28 сторінок, 5 таблиць, 3 рисунка, 9  літературних джерел.

БУТАН, ПРОЦЕС ДЕГІДРУВАННЯ, БУТЕН, БУТАДІЄН, КАТАЛІЗАТОР, МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС, ВИТРАТНИЙ КОЕФІЦІЄНТ, ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА, РЕАКТОР, ЕКОЛОГІЯ.

У курсовій роботі розглянуто одержання вуглеводнів піролізом дизельного палива. Проаналізовані існуючі  методи одержання даного представника алкенів. Розглянуті фізико-хімічні основи дизельного палива. Обґрунтована конструкція печі піролізу дизельного палива. Рекомендована технологічна схема одержання дизельного палива. Розрахований матеріальний баланс печі піролізу дизельного палива. Наведена екологічна оцінка одержання дизельного палива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

РЕФЕРАТ 3

ВСТУП 6

ОСНОВНА ЧАСТИНА 7

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ВИРОБНИЦВА БУТЕНУ.........7

РОЗДІЛ 2. ФІЗИКО – ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ ДЕГІДРУВАННЯ  .  БУТАНУ……………………………………...........................................................10

РОЗДІЛ 3. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ОДЕРЖАННЯ БУТЕНУ….13

РОЗДІЛ 4. МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС РЕАКТОРУ ДЕГІДРУВАННЯ  .            .БУТАНУ………………………………………………………………………………17

РОЗДІЛ 5. ОБҐРУНТУВАННЯ І ВИБІР ОСНОВНОГО РЕАКТОРА   .  ДЕГІДРУВАННЯ БУТАНУ…………...……………………………………………21

РОЗДІЛ 6. ОЦІНКА ЕКОЛОГІЧНОСТІ ВИРОБНИЦТВА БУТЕНУ………..25

ВИСНОВКИ………………………………………………………………………..... 27

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ………………………………................29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Потреба в дизельному паливі, як і  в бензині, дуже велика. Достатньо зазначити, що середня витрата його, наприклад, для автомобіля МАЗ-500 — 24 л на 100 км пробігу, для автомобіля КрАЗ — 55 л на 100 км пробігу, а витрати на придбання палива становлять 8...10 % собівартості перевезень. Оскільки намітилася тенденція переведення автомобілів на дизельне паливо, його значення для нашої країни зростатиме з року в рік.

Дизельні двигуни дуже поширені в усіх галузях економіки: їх установлюють на тракторах, самохідних шасі, автомобілях. Основні їхні переваги над карбюраторними — висока економічність. Дизельне паливо дешевше за бензини, а витрати його на 30...40 % менші, надійність при експлуатації машин вища, пожежонебезпечність нижча.

Проте дизельне паливо порівняно з  бензином має істотний недолік: набагато обмеженіша сировинна база. Дизельне паливо виробляють переважно прямою перегонкою й каталітичним крекінгом із наступним очищенням, тоді як бензин виробляють не лише з нафти, а й із газів, вугілля, важких нафтопродуктів, у тому числі дизельного палива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНА ЧАСТИНА

 

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПЕРЕРОБКИ ДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА

 

 Основними реакціями ненасичених вуглеводнів, які можуть проходити при термічних процесах переробки нафти, є:

- розпад (крекінг). В результаті цієї реакції, яка проходить при температурі близько 500°С та тиску до 7 МПа, утворюються дві нові молекули ненасичених вуглеводнів.

- полімеризація. Проходженню цієї реакції сприяє низька температура та високий тиск. При підвищенні температури рівновага зсувається вліво. Внаслідок цієї реакції утворюються продукти ущільнення.

- дегідрування. Ця реакція характерна для процесу піролізу. Вона проходить при температурі 700°С і тиску, близькому до атмосферного.

- циклізація та утворення ароматичних вуглеводнів. Реакція дієнового синтезу – це основне джерело утворення ароматичних вуглеводнів при піролізі.

Для нафтенових вуглеводнів найбільш характерні такі типи перетворень при  високих температурах:

- деалкілювання (розпад бокового  ланцюга).

При температурі 500°С боковий ланцюг розпадається посередині. Із збільшенням тривалості нагрівання бокові ланцюги стають щораз коротшими. Найважче відщеплюється метальна група. Повне деалкілювання можливе лише при дуже високих температурах.

- дегідрування – це більш високотемпературний процес. У результаті цієї реакції у продуктах крекінгу накопичуються циклоолефіни та ароматичні вуглеводні. Реакції сприяє понижений тиск.

- дециклізація – дециклізація нафтенів спричиняє послідовне спрощення молекул і супроводжується деалкілюванням. Циклопентан, циклогексан та їх гомологи при температурі 550...600°С розпадаються з утворенням двох ненасичених вуглеводнів.

Ароматичні вуглеводні знаходяться  у сировині для термічних процесів переробки нафти у великій  кількості. Крім цього, вони утворюються  внаслідок первинних реакцій  крекінгу. Це найбільш термостабільні вуглеводні нафти. Особливо термостабільними є незаміщені (голоядерні) арени. В умовах реальних термічних процесів розкриття ароматичних кілець практично не відбувається.

Призначення процесу піролізу – одержання олефінових вуглеводнів - сировини для нафтохімічного синтезу. Піроліз – це найжорсткіший з усіх термічних процесів переробки нафтової сировини.

Найкращим видом сировини для одержання  олефінів у процесі піролізу є  парафінові вуглеводні. Ароматичні вуглеводні є джерелом утворення коксу та смоли піролізу. На установках піролізу переробляють газоподібні вуглеводні, а також рідкі продукти переробки. При піролізі утворюється піролізний газ, а також рідкі продукти.

Піролізний газ містить велику кількість компонентів. Його склад  залежить від якості сировини, а  також від умов проведення процесу  піролізу. Піролізний газ на блоці  газорозділення установки розділяють на водень, метан, етан, етилен, пропілен, пропан, бутилен-бутадієнову фракцію. Етилен використовують для виробництва  поліетилену, етилового спирту, стиролу  тощо. Пропілен використо¬вують для  виробництва поліпропілену, високооктанового компонента бензину (алкілуванням ізобутану), рідких олігомерів, які використовують як компоненти палив тощо. З бутилен-бутадієнової фракції виділяють бутадієн-1,3 - сировину для одержання синтетичного каучуку.

Процес піролізу нафтової сировини проводять при температурі 700...900°С. Температура процесу залежить від  характеристики сировини, яку подають  на піроліз. Крім цього, температурний  режим може бути направлений на одержання  максимальної кількості етилену, пропілену  або бутиленів та бутадієну. 

Результати піролізу оцінюють за виходом  цільового продукту, наприклад етилену. Оскільки основними факторами процесу піролізу є температура та тривалість реакції, кожній температурі відповідає деяка оптимальна тривалість контакту – при якій вихід цільового продукту є максимальним. Чим вища температура процесу, тим меншим повинен бути час реакції. На сучасних установках піролізу тривалість контакту становить 0,25... 1,0 с. Це досягається використанням багатопоточних трубчастих печей спеціальної конструкції.

Термокаталітичні процеси переробки  нафти – це процеси, що відбуваються при високій температурі на поверхні каталізатора. Каталізатори дозволяють значно знизити енергію активації хімічних реакцій і за рахунок цього значно підвищити їх швидкість. У цьому і полягає суть каталізу. Слід зазначити також, що каталізатори прискорюють як прямі, так і обернені реакції. Рівновага при цьому не зсувається.

Розрізняють гомогенний та гетерогенний каталіз. При гомогенному каталізі каталізатор та реагуючі речовини знаходяться  в одній фазі, а при гетерогенному - каталізатор знаходиться в іншій  фазі (найчастіше в твердій). У нафтопереробній  промисловості використовується в  основному гетерогенний каталіз.

При гетерогенному каталізі всі  перетворення речовин відбуваються на межі розділу фаз між каталізатором  та реагуючими речовинами. Цей процес умовно можна розділити на такі етапи:

1. Дифузія молекул сировини до поверхні каталізатора (зовнішня дифузія);

2. Дифузія сировини у внутрішні пори каталізатора (внутрішня дифузія);

3. Адсорбція (хемосорбція ) молекул сировини на поверхні каталізатора;

4. Хімічна реакція на поверхні каталізатора;

5. Десорбція продуктів реакції з поверхні каталізатора;

6. Дифузія продуктів реакції вглибину газової (рідкої) фази

 

РОЗДІЛ 2. ФІЗИКО – ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ ПІРОЛІЗУ ДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА

 

Фізичні та хімічні властивості  дизельного палива. Дизельне паливо являє собою гасовогазойлеві фракції переробки нафти з температурами кипіння від 200 до 350 °С. Це прозора, більш в'язка порівняно з бензином рідина від жовтого до світло-коричневого кольору. Його забарвлення залежить від концентрації смол.

Дизельне паливо — це горюча рідина; температурні границі займання — від 57 до 119 °С, а температура самозаймання — 300... 330 °С.

Механізм хімічної реакції. Термічний розклад вуглеводнів відбувається за радикально-ланцюговим механізмом. Згідно з теорією Ф. Райса термічний розклад парафінових вуглеводнів складається з таких стадій:

1. Утворення вільних радикалів.

Внаслідок впливу високих температур молекула парафінового вуглеводню розпадається на два радикали. Відбувається гемолітичний розпад молекули за найслабшим С-С зв'язком, оскільки енергія його дисоціації значно нижча, ніж для С-Н зв'язку.

2. Розвиток ланцюга.

Розвиток ланцюга відбувається внаслідок хімічних перетворень  за участю реакційноздатних радикалів. Розрізняють такі реакції радикалів:

- заміщення (відрив атома водню):

- розпад за β-правилом (розпад радикала відбувається за С-С зв'язком, що знаходиться у β-положенні відносно до атома вуглецю з неспареним електроном):

- приєднання радикала за кратним зв'язком:

- ізомеризація вільних радикалів:

Утворені в результаті цих реакцій  вторинні радикали знову реагують з  молекулами вихідної сировини і ланцюговий процес розвивається.

 

3. Обрив ланцюга.

Ланцюг обривається в результаті проходження таких реакцій:

- рекомбінація радикалів:

- диспропорціонування:

Ненасичені вуглеводні не містяться  у прямогонних нафтових фракціях. Вони утворюються при термічній  деструкції алканів та циклоалканів.

Кожен наступний продукт ущільнення має вищу молекулярну масу та ступінь ароматичності, а також нижчу розчинність. У промислових умовах кінцевим продуктом реакцій ущільнення є нафтовий кокс. До його складу входять карбени, карбоїди, а також невелика кількість асфальтенів і смол. Процес коксоутворення проходить в рідкій фазі за радикально-ланцюговим механізмом. Кокс може бути цільовим продуктом процесу (коксування) і в цьому випадку необхідно добиватися максимального його виходу. В інших випадках (термічний крекінг, піроліз) утворення коксу вкрай небажане, оскільки воно перешкоджає нормальній роботі технологічних установок.

У результаті вищеописаних перетворень  в ході термічних процесів вторинної  переробки нафтової сировини утворюються  газ, бензин, газойлі, крекінг-залишок  та кокс. Кількість та якість цих  продуктів залежить від характеристики сировини та технологічних факторів процесу.

Кінетика. Температура термічного крекінгу впливає на швидкість процесу, фазовий стан сировини та вихід продуктів крекінгу. Термічний розклад вуглеводнів починається при температурі 380...400°С. Збільшення температури прискорює процес термічного крекінгу, при цьому реакції розщеплення прискорюються помітніше, ніж реакції синтезу. Вплив температури на фазовий стан полягає в тому, що при високій температурі більше компонентів сировини переходять у газовий стан. Це особливо актуально для важкої сировини. Фазовий стан сировини, в свою чергу, впливає на об'єм реакційної зони. Температура суттєво впливає на вихід продуктів термічного крекінгу. Так, при нижчих температурах вихід світлих продуктів незначний внаслідок невисокої глибини перетворення сировини. При високих температурах зростає вихід газів крекінгу. Промислові процеси термічного крекінгу проводять в інтервалі температур 450...550°С.