Улавливание и переработка сырого бензола

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет им. Горбачева Т.Ф»

 

 

 

Кафедра: ХТТТ

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По теме: «Улавливание и переработка сырого бензола»

 

 

 

Выполнил: студент группы ХТб-111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………….....3

Методы улавливание сырого бензола………………………………………...4

1.1Улавливание при охлаждении  под давлением……………………………4

1.2.Адсорбция сольвентом  при охлаждении под давлением………………..5

1.3.Улавливание активированным  углем……………………………………..7

1.4.Улавливание поглотительным  маслом……………………………………8

1.5.Адсорбция при повышенном  давлении………………………………….12

1.6. Выделение бензольных  углеводородов из поглотительного  масла…..13

1.7.Физико-химические свойства сырого бензола и его состав……………15

1.8.Нестандартные методы улавливания……………………………………16

2.Переработка сырого бензола………………………………………………22

2.1.Дистиляция сырого бензола  на бензол 1 и бензол 2……………………27

2.2.Разгонка на бензол 2………………………………………………………28

2.3.Сернокислотная очистка  бензола………………………………………..36

2.4.Каталитическая очистка  бензола………………………………………...37

2.5.Переработка сероуглерода  и циклопентадиена…………………………40

2.6.Переработка бензола, толуола, ксилола, о,м,п- ксилола……………….41

2.7.Выделение из бензола 2 инден-кумароновых смол…………………….49

         Заключение.......………………………………………………………………48

          Список используемой литературы…………………………………………...49

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В процессе высокотемпературного коксования угольной шихты в коксовой камере вместе с коксом образуются летучие химические продукты, которые являются сложной неоднородной системой, которая состоит из газообразных веществ. Они и являются продуктом термического разложения каменного угля. Сырой бензол – это многокомпонентная система, основными составляющими которой являются одноядерные ароматические соединения – бензольные углеводороды и различные примеси.

Переработка сырого бензола способствует разделению его на чистый бензол и другую товарную продукцию.

Цель данной работы: заключается в ознакомлении с уже существующими процессами улавливания и переработки сырого бензола. Показать уже существующие новшества в этих процессах для более полной выделения и очистки  сырого бензола от смеси углеводородов. Акцентировать внимание не на основной товарной продукции, такой как бензол, толуол, ксилол и их гомологи, а на получении товарной продукции, такой как циклопентадиен, сероуглерод и инден-кумароновые смолы.

Для решения данной цели необходимо:

1.Ознакомиться со способами  улавливания сырого бензола, провести  сравнение и сделать выводы о преимуществах и недостатках данных методов. Так же ознакомиться с нестандартными методами улавливания, сравнить их описать преимущества и недостатки.

2.Ознакомиться с физико-химическими  свойствами сырого бензола. Разобрать состав сырого бензола в процентном содержании.

3.Ознакомиться с переработкой  сырого бензола с последующей  разгонкой на бензол 1 и бензол 2. Ознакомиться с методами очистки  сырого бензола.

4.Рассмотреть переработку, применение выделившихся в процессе  очистки сырого бензола продуктов, таких как циклопентадиен, сероуглерод, бензол, толуол, ксилол, инден-кумароновые смолы.

1.Методы  улавливания сырого бензола

1.1. Улавливание при охлаждении под давлением

При обычных условиях бензольные углеводороды находятся в парообразном состоянии, далеком от насыщения. При сжатии газа соответственно возрастает концентрация находящемся в нем веществ (бензольных углеводородов, нафталина и др.), при этом они могут перейти в насыщенное состояние и начать конденсироваться. Точка росы бензола лежит около -170С.[1]

При сжатии газа соответственно возрастает концентрация в нем веществ (бензольных углеводородов, нафталина и др.), при этом они могут перейти в насыщенное состояние и начать конденсироваться. Необходимость передачи коксового газа за рубеж, на большие расстояние обусловило его сжатие до 8–13 атм, что влечет за собой практически полную очистку от нафталина и осушку. В этом случае успешно применяют холод, так совмещают в одном процессе улавливание бензольных углеводородов, очистку от нафталина и осушку газа. Газ охлаждают в три ступени: поступающий после сероочистки газ охлаждается обратным коксовым газом до 50С, при этом из газа в основном конденсируются пары воды. Во второй ступени газ охлаждается обратным коксовым газом до -200С, причем, теплообменники работают попеременно, так как выделяются из газа бензольные углеводороды и нафталин. В третьей ступени газ охлаждается аммиаком до -450С аммиачные холодильники так же работаю попеременно. Бензол получается светлый, с отгоном 96% до 1800С.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Зависимость концентрации насыщенных паров бензола, толуола и нафталина в коксовом газе от температуры.[1]

1.2 Абсорбция сольвентом при охлаждении под давлением

Бензольные углеводороды можно извлечь из газа путем промывки его при низкой температуре сольвентом. Для осушки и охлаждение газа в него подают одновременно с сольвентом 30%-ный раствор хлористого кальция. Газ на установку поступает после сухой сероочистки под давлением 7,5–8,5 атм. В трубчатом холодильнике он охлаждается оборотной технической водой до 280С, и поступает в теплообменники, где обезбензоленным газом охлаждается до 40С, последний же нагревается с -17 до 100С.[1]

В холодильниках и теплообменниках выделяется около 30% общего количества бензола в поступающем газе. Конденсат содержит так же почти весь нафталин. После разделения в сепараторе легкое масло поступает в сборник, а водный конденсат направляют в цикл орошения газосборников. Газ поле теплообменников поступает в абсорбер, где охлаждается с 4 до 120С 30%–ным раствором хлористого кальция, поступающим после холодильной машины с температурой -220С, в количестве около 3л/м3 газа. Кроме того, в абсорбер подают в тонкораспыленном состоянии сольвент, благодаря чему устраняется закупорка аппарата кристаллизующимся бензолом. В абсорбере выделяется практически вся вода и большая часть бензольных углеводородов. Из адсорбера газ поступает в тарельчатый абсорбер, в котором промывается сольвентом, поступающим после холодильной машины с температурой -220С. Большую часть его подают на самую верхнюю тарелку и около 10% от всего количества поступает на третью тарелку, где остаточный бензол выделяется из газа в твердом виде. Для отвода тепла конденсации бензола на пятую тарелку подают 0,4 л/м3 газа раствор хлористого кальция. Температура газа на выходе из абсорбера 5 составляет -170С при содержании в нем бензольных углеводородов около 0,3 г/м3 вся жидкость из адсорберов стекает в сепараторы, откуда раствор хлористого кальция поступает на охлаждение в холодильную машину, а сольвент – в дистилляционное отделение.[1]

Для подержания нужной концентрации раствора хлористого кальция, предусмотрена выпарная установка, в которую непрерывно отводят часть раствора из сепаратора. Поступающий в дистилляционное отделение сольвент через первый теплообменник поступает в расширительный сборник, откуда насосом прокачивается через второй теплообменник и решофер в колонну. В теплообменниках сольвент нагревается вытекающим из колонны обезбензоленным продуктом, а в решофере паром до 1150С. Кроме того, предусмотрен циркуляционный подогреватель. Колонна орошается получаемым сырым бензолом, имеющим отгон до 1800С, не меньше 99,5%. Вытекающий газ из колонны сольвент начинает кипеть при температуре 1530С.[1]

Часть вытекающего из колонны продукта и конденсат из газовых холодильников непрерывно поступает во вспомогательную ректификационную колонну. Внизу колонны имеется электроподогреватель. В качестве орошающей жидкости применяют сырой бензол. Пары из колонны поступают в другую колонну, а вытекающий остаток, представляющий собой смесь нафталина, смолистых и высококипящих веществ, отводится в сборник. Благодаря работе колонн, осуществляется регенерация циркулирующего сольвента и тем самым сохраняется постоянным его количество; кроме того, из газового конденсата, содержащего 85% веществ, отгоняющихся до 2000С, получают около 25% сольвента, которым восполняют потери этого компонента в процессе улавливания из газа и выделения из поглотителя бензольных углеводородов.[1]

1.3 Улавливание активированным  углем

В тех случаях, когда наряду с улавливанием бензольных углеводородов требуется хорошая очистка газа от сернистых, смолообразующих и других загрязняющих примесей, целесообразно применять твердые адсорбенты. В качестве адсорбентов нашли практическое применение активированные угли, имеющие наиболее развитую внутреннюю поверхность. Количество адсорбированных углеводородов зависит от свойств угля и условий протекания процесса, в первую очередь от парциального давления паров и температуры. В общем виде для каждого данного вещества и адсорбента при определенной температуре зависимость между количеством адсорбированного вещества и парциальным давлением его паров выражается при средних давлениях эмпирическим уравнением Фрейндлиха. Зависимость количества адсорбируемого вещества от парциального давления его паров в газе при определенной температуре может быть представлена прямыми и кривыми, называемыми изотермами адсорбции. Они характеризуют статистическую активность адсорбента, определяемую при достижении равновесием между концентрацией данного вещества и его количеством в адсорбенте. Практически важнее динамическая активность, определяемая количеством поглощенного в адсорбере вещества до проскока. Для активированного угля в адсорберах промышленного типа она составляет 85–95% от статической. Адсорбция активированным углем сопровождается выделением тепла. Если в газе присутствуют несколько веществ, то, как правило, в первую очередь и в значительно большем количестве поглощается вещество с более высокой температурой кипения. Существенное влияние на адсорбцию бензола, активированным углем оказывают водяные пары. Поглощенные активированным углем бензольные углеводороды извлекают из него продувкой перегретым водяным паром. Следует отметить, что в результате лучшего улавливания активированным углем сераорганических соединений их концентрация в сыром бензоле увеличивается на 30–40%. Применение активированного угля для улавливания бензольных углеводородов требует глубокой предварительной очистки газа от сероводорода и смолистых веществ.[1]

1.4 Улавливание поглотительным  маслом

Наибольшее распространение в промышленности получил метод улавливания бензольных углеводородов жидкими поглотителями – поглотительными маслами. При таком улавливании бензольных углеводородов в поглотительном масле растворяются пары бензола. Выделение сырого бензола из масла производится продувкой острым паром предварительно подогретого масла. При этом из него одновременно с бензольными углеводородами выделяются наиболее легкокипящие компоненты, а также нафталин, улавливаемый одновременно со своими компонентами сырого бензола.[1]

Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами осуществляется в скрубберах, устанавливаемых по газовой трассе. Основной задачей скрубберного отделения является обеспечение высокой степени выделения бензольных углеводородов из газа. Типовая технологическая схема скрубберного отделения системы Гипрококса предусматривает установку на линии газового потока одной очереди трех скрубберов, а, следовательно, и поверхность расположенной в них насадки определяются количеством газа.[1]

Орошение скрубберов поглотительным маслом должно производиться таким образом, что бы насадка оказалась полностью смоченной маслом, что обеспечивает полноту улавливания бензольных углеводородов из газа. Необходимое условие нормальной работы скрубберной установки – строгое соблюдение принципа противотока газа и масла и исключение возможности смешения масла, стекающего из разных скрубберов. В скрубберах масло и газ, движутся по принципу строгого противотока. Насыщенное бензолом масло поступает в бензольное отделение, где из него выделяется поглощенный сырой бензол. Лишенное бензола масло после охлаждения снова поступает на улавливание бензола. Таким образом, поглотительное масло все время находится в цикле. Так как с сырым бензолом одновременно выделяется некоторое количество наиболее легких погонов масла, то убыль его систематически пополняется соответствующим количеством свежего масла.[1]

Для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа при атмосферном давлении, до конца 80-тых годов, широкое применение получили скрубберы с деревянной хордовой насадкой, с центральным или форсуночным орошением. Сейчас предлагаются другие виды насадок, которые применяются до сегодняшнего дня. Насадка из просечно – вытяжных листов, оригинальное решение распределительных устройств, для поглотительного масла, новая конструкция брызгоотбойника – каплеуловителя. промышленности получают применение аппарата с высокой интенсивностью процесса и с малыми габаритами: скрубберы с плоскопараллельной насадкой, адсорберы с регулярными листовыми насадками – решетчатой или волокнистой, адсорберы с пластинчатыми тарелками и с клапанными переливами масла.  Эти аппараты позволяют значительно улучшить технико-экономические показатели работы установок.[8]