авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Технологические основы процесса термоконтактного пиролиза легкого углеводородного сырья на железооксидном огарке

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ХАСАНОВ РАМИЛЬ ГАРИФУЛЛОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ТЕРМОКОНТАКТНОГО ПИРОЛИЗА ЛЕГКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

НА ЖЕЛЕЗООКСИДНОМ ОГАРКЕ

Специальность 05.17.07 -

«Химия и технология топлив и специальных продуктов»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2009

Работа выполнена на кафедре «Химико-технологические процессы» филиала ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ахметов Сафа Ахметович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Теляшев Гумер Гарифович;
доктор технических наук, профессор Умергалин Талгат Галееевич.
Ведущая организация ГУП «Институт нефтехимпереработки» Республики Башкортостан.

Защита состоится «23» сентября 2009 года в 15:30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат разослан « » августа 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Низшие олефины являются ценнейшим сырьем нефтехимии. Они применяются в производстве различных полимеров, спиртов, пластмасс и других продуктов. Причем мировое потребление этих продуктов непрерывно растет, что вызывает постоянное увеличение спроса на низкомолекулярные непредельные углеводороды.

Основным источником получения низших олефинов является гомогенный пиролиз в трубчатых печах. Данная технология имеет следующие недостатки: расходы на печи составляют треть инвестиций в установку пиролиза, высокая энергоемкость процесса, периодическая остановка печей на выжиг кокса, использование дорогостоящих ингибиторов. В связи с этим представляют интерес разработки альтернативных технологических процессов. К их числу относятся и термоконтактные процессы пиролиза (ТКП), разработка которых началась ещё в 50-х годах XX века.

Как правило, недостатками практически всех разработанных на данный момент процессов ТКП являются низкие технико-экономические показатели процесса. Таким образом, разработка новых технологических решений для процесса ТКП в сочетании с подбором оптимального теплоносителя является актуальной и представляет практический интерес.1

Цель работы. Исследование закономерностей процесса ТКП лёгкого углеводородного сырья на железооксидном огарке, являющимся побочным продуктом производства серной кислоты, и разработка технологических основ ТКП широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), с использованием огарка в качестве теплоносителя.

Из цели работы вытекают следующие задачи исследований:

- исследование влияния различных способов контактирования на пиролиз пропановой фракции;

- выявление закономерностей ТКП пропановой и бутановой фракции на железооксидном огарке;

- выбор и обоснование технологической схемы ТКП ШФЛУ в присутствии огарка.

Научная новизна работы:

- предложен метод прогнозирования максимального равновесного выхода суммы олефинов при пиролизе индивидуальных н-алканов;

- установлены закономерности ТКП пропановой и бутановой фракции на железооксидном огарке;

- разработана технология пиролиза ШФЛУ с использованием огарка в качестве контакта;

- методом математического моделирования определены оптимальные параметры процесса ТКП ШФЛУ на огарке.

Практическая ценность работы:

- разработаны и внедрены на кафедре «Химико-технологические процессы» филиала ГОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате лабораторные установки по исследованию пиролиза углеводородного сырья и усовершенствованный метод реакционного хроматографического анализа углеводородных газов;

- определены затраты на строительство установки ТКП по предложенной технологической схеме и основные технико-экономические показатели при пиролизе ШФЛУ. Ожидаемый экономический эффект в случае внедрения данной технологии составляет 345 млн рублей в год.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на научно-методической конференции «Образование. Наука. Технология. Производство» (Уфа, 2006); Международной научной конференции «Теория и практика массообменных процессов химической технологии» (Марушкинские чтения) (Уфа, 2006); Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия-2007» (Уфа, 2007); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2008); Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2009» (Уфа, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 научных трудов, в том числе 4 статьи, 2 свидетельства о регистрации программной разработки, 10 материалов докладов, 1 положительное решение по заявке на патент.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка из 228 наименований. Работа изложена на 143 страницах, содержит 37 рисунков и 18 таблиц, 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, определена практическая значимость работы.

Первая глава диссертации посвящена обзору отечественных и зарубежных литературных источников по теме диссертации. Рассмотрена сырьевая база и модификации процесса пиролиза. Сделан обзор по используемым в процессе пиролиза контактам. Изучен механизм и коксообразование процесса пиролиза. Рассмотрены различные способы аппаратурного оформления ТКП. Показана перспективность ТКП углеводородного сырья.

Во второй главе в соответствии с поставленными задачами определены объекты и методы исследования: приведены методики проведения экспериментов и анализов продуктов пиролиза, представлены характеристики исследуемых контактов, обоснованы условия проведения экспериментов. В качестве сырья применялась пропановая фракция следующего состава: CH4 – 0,09; C2H4 – 0,47; C3H8 – 88,41; C3H6 – 0,86; C4H10 – 6,54; C4H8 – 0,41; С5 и выше – 3,01 и бутановая фракция следующего состава (% масс.): CH4 – 0,06; C2H6 – 0,11; C3H8 – 20,70; i-C4H10 – 19,80; н-C4H10 – 58,90; C5H12 – 0,40.

Исследования вели на проточной интегральной (импульсной) лабораторной установке, схема которой представлена на рисунке 1, и на проточной установке с использованием реактора с движущимся слоем контакта (рисунок 2).

1 – баллон с сырьем; 2 – регулятор расхода; 3 – манометр; 4 – реактор; 5 – сравнительная трубка; 6 – регулятор температуры ВРТ-3; 7 – измеритель температуры ИТ; 8 – термопара; 9 – тиристорный блок; 10 – приемник газа; 11 – трансформатор; 12 – кран-дозатор

Рисунок 1

Схема лабораторной установки для проведения исследований в микропроточном интегральном реакторе

В реакторе 4, представленном на рисунке 2, движение контакта происходит за счет воздействия на него реакционного потока. Имеется возможность подачи водяного пара в реактор 4 с помощью микродозировочного насоса 11.

Продукты реакции анализировались усовершенствованным реакционным хроматографическим методом с использованием пористого платинового катализатора. В качестве газа-носителя использовался азот. Достоинством данного метода является возможность одновременного определения водорода и углеводородных компонентов в исследуемом газе.

1 – баллон с сырьем; 2 – регулятор расхода; 3 – манометр; 4 – реактор; 5 – печь нагревательная; 6 – регулятор температуры ВРТ-3; 7 – измеритель температуры ИТ; 8 – термопара; 9 – тиристорный блок; 10 – трансформатор, 11 – микродозировочный насос.
I – вывод пирогаза

Рисунок 2

Схема лабораторной установки для проведения исследований в реакторе с движущимся контактом

В третьей главе проведен термодинамический расчет пиролиза индивидуальных н-алкановых углеводородов. Для расчета равновесного состава минимизировали энергию Гиббса термодинамической системы. В результате расчетов определены термодинамически максимально возможные выходы суммы олефинов и выведено эмпирическое уравнение (1) для расчета максимального выхода непредельных углеводородов ВНУ, (доля масс.):

, (1)

где Н/С – отношение числа атомов водорода к числу атомов углерода в сырье; t – температура, °С; a1 = -0,030407; a2 = 0,0066; a3 = 0,03896; a4 = ­ 0,58848.

В качестве примера на рисунке 3 сопоставлены литературные и рассчитанные по уравнению (1) данные по выходу суммы олефинов в зависимости от степени превращения бутана и н-гексана. Степень превращения сырья определяется отношением массы сырья, вступившего в химическое превращение, к его исходной массе.

 а б  Зависимость выхода-3

а б

Рисунок 3

Зависимость выхода суммы олефинов С24 от степени превращения н-бутана (а) и н-гексана (б). Сплошная линия соответствует расчетному максимальному выходу суммы олефинов при 900 °С

Видно, что большинство опытных данных совпадает с расчетными, что означает достижение исследователями максимального выхода суммы непредельных углеводородов. Точки, лежащие ниже прямых линий, свидетельствуют о том, что ещё существует возможность увеличить выходы олефинов, или о том, что в системе уже протекают вторичные реакций осмоления и коксобразования, способствующие снижению выхода целевых продуктов.

Таким образом, показана возможность прогнозирования максимального выхода суммы олефинов при пиролизе н-алкановых углеводородов.

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты исследования процесса термоконтактного пиролиза пропановой и бутановой фракции.

Изучен пиролиз пропановой фракции в проточном интегральном реакторе. Опыты проводились в интервале температур от 700 до 900 С при временах контакта от 0,2 до 1,6 с без разбавления сырья на кварцевом контакте.

Для обработки полученных результатов применялась вероятно-статистическая модель. В качестве внешнего параметра, характеризующего интенсивность воздействия на реакционную систему, был использован фактор жесткости, определяемый как:

F = ln(k), (2)

где k – кажущаяся константа скорости разложения сырья, с-1; - время контакта процесса, с.

Он близок по смыслу известному фактору жесткости Линдена (F=T0,06). Предлагаемый кинетический фактор зависит от кажущейся энергии активации разложения исходного сырья и позволяет связать интенсивности разложения исходного сырья и образования продуктов реакции. Фактор жесткости определяет вероятность событий, способствующих существованию в системе i-го компонента и подчиняемую нормальному закону распределения Гаусса.

Зависимость константы скорости от температуры описывается уравнением Аррениуса

, (3)

где k0 – предэкспоненциальный множитель, с-1; Е – кажущаяся энергия активации, кДж/моль.

Значения k0 и E для пиролиза пропановой фракции на кварце составили 4,771013 с-1 и 252 кДж/моль соответственно.

Зависимости выходов непрореагировавшего исходного сырья, углерода и водорода в продуктах пиролиза от фактора жесткости описывают по следующим уравнениям:

(4)

(5)

где Сm – максимально возможный выход i-го компонента; Fср1 и Fср2 – средние значения фактора жесткости кривых образования или разложения; 2 – дисперсия фактора жесткости F.

Для остальных компонентов системы выход i-го компонента в продуктах пиролиза описывали по уравнению

(6)

В качестве примера обработки экспериментальных данных на рисунке 4 приведены графики зависимости выхода основных продуктов пиролиза от фактора жесткости при пиролизе пропановой фракции на кварце. Точки на графике соответствуют экспериментальным данным, а сплошные линии – расчетным значениям, полученным по модели. Видно, что предлагаемая модель с достаточной точностью описывает экспериментальные данные.

 а б  Зависимость выхода-8
а б

Рисунок 4

Зависимость выхода пропана и этилена (а) и пропилена и метана (б) от фактора жесткости при пиролизе пропановой фракции на кварце. Сплошная линия соответствует значениям, полученным по модели

При проведении ТКП помимо таких параметров, как температура и время реагирования сырья, на результат влияет также и поверхность используемого в процессе контакта. Для сравнения ТКП и гомогенного пиролиза (ГП), были проведены опыты в пустом реакторе в диапазоне температур от 740 до 860 С при времени контакта 0,5 с. На рисунке 5 представлены выходы метана, кокса и суммы олефинов соответственно в зависимости от температуры.

При температуре более 810 С ТКП способствует более высокому выходу суммы олефинов С2-С3 по сравнению с ГП. Максимальный выход суммы олефинов при ГП составил 46,2 % масс. против 51,0 % масс. на кварцевом контакте. ГП способствует более высокому (на 2-8 % масс) выходу кокса, по сравнению с гетерогенным пиролизом на кварце, причем с повышением температуры процесса эта разница увеличивается. Выходы метана при ТКП и ГП находятся на одном уровне. Таким образом, термоконтактный пиролиз является более эффективными по сравнению с гомогенным.

Поскольку в промышленных условиях применение неподвижного контакта приведет к повышению гидродинамического сопротивления потоку сырья и усложнению обслуживания печного блока, то проведен сравнительный анализ ТКП пропановой фракции с применением двух типов проточных реакторов: интегрального с неподвижным контактом и реактора с движущимся контактом.

Опыты в реакторе с движущимся контактом проводили при следующих условиях: температура 800-900 С, время контакта 0,2-0,8 с. В качестве контакта использовался кварц. Некоторые результаты экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты пиролиза пропановой фракции в реакторе с движущимся контактом (I) и в интегральном реакторе (II)

Температура, 0С Время контакта, с Тип реактора Конверсия сырья, % масс. Выходы продуктов, % масс.
Н2 СH4 C2H6 C2H4 C3H6 C4H8 C4H6 олефинов C2-C3
800 0,8 I 73,7 1,3 17,2 2,7 29,5 19,3 1,5 2,2 48,8
II 70,8 1,6 16,1 2,5 26,9 20,0 2,0 1,6 46,9
820 0,8 I 81,7 1,5 21,5 3,0 34,8 16,8 1,5 2,7 51,5
II 73,2 1,7 18,3 3,2 29,5 18,0 1,2 1,3 47,6
840 0,75 I 87,6 1,7 23,8 3,3 41,6 13,3 1,0 3,0 54,8
II 79,1 1,9 21,2 3,4 34,0 15,9 1,0 1,6 49,9
840 0,5 I 83,5 1,7 21,1 2,9 37,2 16,0 1,1 3,5 53,2
II 76,8 1,7 19,1 2,9 31,9 18,3 1,2 1,6 50,2


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.