Одержання вуглеводнів піролізом дизельного палива

Збільшення часу перебування сировини в зоні високих температур призводить до поглиблення процесу термічного крекінгу. При надмірному збільшенні часу реакції утворюється велика кількість вуглеводневих газів та коксу. Тривалість і температура крекінгу пов'язані обернено-пропорційно - підвищуючи температуру для забезпечення певної глибини перетворення сировини необхідно зменшувати час перебування сировини у реакційній зоні.

Тиск суттєво впливає на процес термічного крекінгу. Збільшення тиску  призводить до зменшення частки відгону  сировини, тобто збільшується імовірність  рідкофазного крекінгу. На рідкофазний  крекінг тиск практично не впливає. Істотний вплив тиску починається на стадії утворення газоподібних продуктів крекінгу. Згідно з принципом Ле-Шательє тиск зсуває вправо рівновагу тих реакцій, які проходять із зменшенням об'єму і навпаки. При крекінгу алканів збільшення тиску зсуває місце розриву молекули досередини. Тому при високих тисках утворюється більше бензину та менше газів. Щодо коксоутворення, то чим вищий тиск термічного крекінгу, тим менший вихід коксу. Тиск крекінгу тісно пов'язаний з величиною реакційного об'єму установки. Крекінг при низьких тисках потребує громіздкого обладнання. Продуктивність таких установок не може бути високою. Прагнення до зменшення реакційного об'єму привело до широкого розповсюдження установок термічного крекінгу під тиском. Промислові процеси термічного крекінгу проводять при тиску 2...5 МПа. Для запобігання шкідливої дії тиску, а саме для збільшення виходу етилену та зменшення коксоутворення сировину розбавляють водяною парою. Кількість водяної пари, яку подають на змішування з сировиною, залежить від фракційного складу сировини.

При термічному крекінгу одночасно  проходять реакції термічного розпаду  та реакції ущільнення. Перші з  них йдуть з поглинанням тепла, а другі - з виділенням тепла. Сумарний тепловий ефект залежить від того, які з реакцій переважають.

 

РОЗДІЛ 3. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ПІРОЛІЗУ ДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА В ТРУБЧАСТІЙ ПЕЧІ

 

Найрозповсюдженіша форма промислового процесу піролізу – це піроліз в трубчастих печах. Технологічна установка піролізу, складається з таких блоків: піролізу вуглеводневої сировини, компресії та очищення піролізного газу, розділення піролізного газу, переробки смоли піролізу. Схема блоку піролізу технологічної установки піролізу дизельного палива наведена на рис. 1.

 

 

Рис.1. Технологічна схема блоку піролізу вуглеводневої сировини установки піролізу: І - сировина (дизельне паливо):  - піролізний газ на блок компреси та очищення; III - піроконденсат; IV- важка смола піролізу; V- водяна пара; VI - свіжа поглинальна олива; VII - вода для очищення; VIII - охолоджуюча вода; IX - конденсат і живильна вода

 

 

Сировина під тиском 1,0...1,2 МПа  подається у паровий нагрівай Т-1, нагрівається до температури 100°С, змішується з перегрітою водяною  парою і надходить у трубчасту  піч піролізу П-1. Тут сировина нагрівається до температури близько 750°С. При  цьому проходить процес піролізу. Піролізний газ з температурою 750°С і тиском 0,2...0,22 МПа направляється у гартувальну камеру А-1, в якій швидко охолоджується до 700°С за рахунок випаровування парового конденсату, який подають в А-1.

Після цього гази піролізу охолоджуються  до 400°С в гартувально-випарному  апараті Т-2, де їх тепло використовується для виробництва водяної пари. Далі гази надходять в Е-1, куди впорскується поглинальна олива з температурою 70°С. Гази піролізу охолоджуються до 180°С і направляються на подальшу переробку. До складу установки піролізу входить декілька пічних агрегатів. Охолоджені піролізні гази з усіх пічних агрегатів об'єднуються і  направляються на промивку в колони первинної ректифікації К-1. У нижній частині К-1 гази відмиваються від  сажі та коксу важкою поглинальною оливою, а у верхній - охолоджуються  за рахунок випаровування легкої поглинальної оливи. При цьому конденсується  важка смола піролізу.

З К-1 гази піролізу надходять у  конденсатори-холодильники ХК-1, де проходить  конденсація піроконденсату та водяної пари. У сепараторі С-1 піроконденсат і вода відділяються від піролізних газів, які надходять у блоки компресії та газорозділення.

Важка поглинальна олива з низу К-1 очищується від сажі та коксу  у фільтрах Ф-1. Очищена олива ділиться на два потоки, один з яких направляється  на зрошення нижньої частини К-1, а другий - охолоджується до 70°С і подається в Е-1. Балансова кількість важкої смоли піролізу виводиться з установки.

Піроконденсат і конденсат водяної  пари з С-1 перетікають в С-2, де відбувається їх розділення. Піроконденсат  ділиться на два потоки. Один з них  повертається на зрошення верхньої частини К-1, а другий - подається у відпарну колону К-2. Відпарені легкі вуглеводні С4 та нижчі з'єднуються з газами піролізу, а піроконденсат виводиться з установки.

Конденсат водяної пари з С-2 подається  на фільтри Ф-2 для очищення від  вуглеводнів. Після фільтрації частина  конденсату направляється на охолодження  піролізних газів у гартувальну  камеру, а надлишок скидається у  каналізацію. Відділені на Ф-2 вуглеводні з невеликою частиною водяної  пари конденсуються в ХК-2 та розділяються на водну та вуглеводневу фази в  сепараторі С-2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 4. МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС ПЕЧІ ПІРОЛІЗУ

ДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА

 

УМОВА. Скласти матеріальний баланс печі піролізу дизельного палива (С₁₆Н₃₄) продуктивністю 300 000 т/рік етену. Фонд робочого часу – 8 100 год. Втрати – 3,0%. Масове співвідношення водяна пара/дизельне паливо – 1/1. 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%.

Прийняти, що в печі піролізу відбуваються такі реакції:

                            С₁₆Н₃₄ → 8 С₂Н₄ + Н₂                                               (4.1)

                            С₁₆Н₃₄→ 6 СН₄ + 5 С₂Н₂                                          (4.2)

                            С₁₆Н₃₄→ 4 С₃Н₆ + С₄Н₁₀                                         (4.3)

              С₁₆Н₃₄→ 3 С₄Н₆ + С₄Н₈ + 2 Н₂                            (4.4)

              С₁₆Н₃₄→ 2 С₆Н₆ + С₂Н₆ + 5 Н₂                            (4.5)

              С₁₆Н₃₄→ 2 С₈Н₁₀ + 7 Н₂                                      (4.6)

              С₁₆Н₃₄→ 2 С₈Н₈ + 9 Н₂                                        (4.7)

 

2. Визначити  витратний коефіцієнт за бутаном.

Розв’язок:

1. Продуктивність процесу за етеном:

кг/год.

2. Продуктивність етену з урахуванням втрат:

кг/год.

 

Статті приходу:

1. Прихід С₁₆Н₃₄ для виробництва 38148,15 кг/год етену:

кг/год,

де 28,06 – молярна маса етену, кг/кмоль;

 

226,5 – молярна маса С₁₆Н₃₄, кг/кмоль;

8 – стехіометричний коефіцієнт  при С₂Н₄.

2. Прихід С₁₆Н₃₄ з урахуванням селективності:

кг/год.

3. Прихід С₁₆Н₃₄ , що прореагував за реакціями (4.2), (4.3), (4.4), (4.5), (4.6),   (4.7):

кг/год.

кг/год.

кг/год.

кг/год.

кг/год.

кг/год.

 

4. Прихід Н₂О становить 37037,04 кг/год.

5. Загальний прихід С₁₆Н₃₄ становить:

6. Загальний прихід компонентів становить:

кг/год

 

Статті витрат:

1. Витрати метану і етину за реакцією (4.2):

кг/год,

де 16,05 – молярна маса метану, кг/кмоль;

6 – стехіометричний коефіцієнт  при СН₄.

 

 кг/год,

де 26,04 – молярна маса етину, кг/кмоль;

5 – стехіометричний коефіцієнт при С₂Н₂.

 

2. Витрати пропену та бутану за реакцією (4.3):

кг/год,

де 42,09 – молярна маса пропену, кг/кмоль;

4 – стехіометричний коефіцієнт при С₃Н₆ .

кг/год,

де 58,14 – молярна маса бутану, кг/кмоль;

1 – стехіометричний коефіцієнт при С₄Н₁₀ .

 

3. Витрати бутену, бутадієну-1,3 та водню за реакцією (4.4):

кг/год,

 де 56,12 – молярна маса  бутену, кг/кмоль;

1 – стехіометричний коефіцієнт при бутені .

кг/год,

 де 52,08 – молярна маса  бутадієну-1,3, кг/кмоль;

3 – стехіометричний коефіцієнт при бутадієні-1,3 .

кг/год,

де 2,02 – молярна маса водню, кг/кмоль;

4 – стехіометричний коефіцієнт при водню .

 

4. Витрати С₆Н₆ , етану та водню за реакцією (4.5)

кг/год,

де 80,14 – молярна маса С₆Н₆, кг/кмоль;

2 – стехіометричний коефіцієнт при С₆Н₆ .

кг/год,

де 30,08 – молярна маса етану, кг/кмоль;

2 – стехіометричний коефіцієнт при етані .

кг/год,

5 – стехіометричний коефіцієнт при водню.

 

5. Витрати ксилену та водню за реакцією (4.6):

кг/год,

де 106,18 – молярна маса ксилену, кг/кмоль;

2 – стехіометричний коефіцієнт при ксилені .

кг/год,

7 – стехіометричний коефіцієнт при водню .

 

6. Витрати стирену та водню за реакцію (4.7):

кг/год,

де 104,16 – молярна маса стирену, кг/кмоль;

2 – стехіометричний коефіцієнт при стирені .

кг/год,

9 – стехіометричний коефіцієнт при водню.

 

7. Витрати етану та водню за реакцією (4.1):

кг/год,

8. Загальні витрати водню:

кг/год.

9. Загальні витрати С₁₆Н₃₄ – компонента становлять:

Результати розрахунків  матеріального балансу процесу  дегідрування бутану зводимо у табл. 4.1.

Таблиця 4.1

Зведений  матеріальний баланс печі піролізу дизельного палива

№	Статті приходу	кг/год	%	Статті витрат	кг/год	%
1.	Дизельне паливо	108121,55	74,49	Етен	37037,04	25,51
2.	Водяна пара	37037,04	25,51	Етин	7893,33	5,44
3.				Метан	5838,18	4,02
4.				Пропен	15189,54	10,46
				Бутан	5245,43	3,61
				Бутадієн-1,3	10889,10	7,50
				Бутен	3911,26	2,69
				Бензен	5814,85	4,01
				Етан	2182,57	1,50
				Ксилен	7704,28	5,31
				Стирен	2684,96	1,85
				Водень	2020,14	1,39
				Непрореагована водяна пара	37037,04	25,51
	Разом	145158,59	100,00		143447,72	98,82