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:     | 1 || 3 |

Технологические основы процесса термоконтактного пиролиза легкого углеводородного сырья на железооксидном огарке

-- [ Страница 2 ] --

Видно, что при идентичных условиях ведения процесса в реакторе с движущимся контактом достигается более высокая степень превращения сырья по сравнению с интегральным реактором. К тому же, применение реактора с движущимся контактом позволяет получить более высокие выходы этилена и суммы олефинов, по сравнению с интегральным реактором. Так, максимальный выход суммы олефинов С2-С3 составил в интегральном реакторе около 50 % масс., а в реакторе с движущимся контактом достиг 54,8 % масс., в основном, за счет увеличения выхода этилена. В реакторе с движущимся контактом наблюдаются пониженные выходы пропилена, однако прирост выхода этилена (на 3-6 % масс.) выше снижения выхода пропилена (на 1-3 % масс.). Применение реактора с движущимся контактом также способствует более высокому выходу дивинила. Так, если в проточном интегральном реакторе максимальное значение выхода данного углеводорода составило около 2 % масс., то в реакторе с движущимся контактом выход бутадиена-1,3 превышал 3 % масс.

Очевидно, что проведение процесса пиролиза путем контакта сырья с движущимся теплоносителем является более эффективным, чем с неподвижной насадкой, так как в этом случае достигаются более высокие выходы целевых продуктов.

Также в главе исследована возможность применения железооксидного огарка в качестве контакта процесса пиролиза пропановой и бутановой фракции. Опыты проводили в реакторе с движущимся контактом без водяного пара. Результаты сравнивали с данными, полученными на кварце. Для обработки полученных опытных данных использовался вероятностностатистический метод. В таблице 2 представлены параметры уравнения Аррениуса при пиролизе пропановой и бутановой фракции.

Использование огарка позволяет снизить кажущуюся энергию активации по сравнению с кварцем. Более тяжелое сырьё (бутан) требует меньшей энергии активации процесса.

Таблица 2

Параметры уравнения Аррениуса


Контакт-Сырьё ln(ko) Е, кДж/моль
Кварц-Пропан 43,82 350,6
Огарок-Пропан 33,19 265,5
Огарок-Бутан 29,89 239,1

На рисунке 6 представлена зависимость выхода этилена (а), пропилена (б), суммы олефинов С2-С4 (в) и степени превращения сырья (г) от температуры при времени контакта с огарком, равном 0,3 с.

Видно, что использование огарка при пиролизе пропана способствует повышенному выходу этилена (на 2-7 % масс.) по сравнению с кварцевым контактом, однако при этом снижается выход пропилена. По всей видимости, это является следствием проявления огарком незначительного каталитического эффекта в процессе пиролиза. При пиролизе бутановой фракции наблюдаются довольно высокие выходы этилена и пропилена.

а б
в г

Рисунок 6

Зависимость выходов этилена (а), пропилена (б), суммы олефинов С24 (в) и степени превращения сырья (б) от температуры при времени контакта 0,3 с

Применение огарка позволяет снизить температуру процесса на 10-30 °С по сравнению с кварцем с сохранением одинаковой степени превращения пропана (рисунок 6, г). Степень превращения бутана уже при температуре 820 °С составляет 65 % масс., а при температуре 900 °С наблюдается практически полное его превращение. Использование огарка в качестве контакта при пиролизе пропановой фракции способствует более высокому выходу суммы олефинов С2-С4 до температуры 845 °С. При пиролизе бутановой фракции наблюдаются более высокие выходы олефинов, чем при пиролизе пропана.

Огарок способствует повышенному выходу кокса. Так, его выход при пиролизе пропана составил 5,3-6,0 % масс.; при пиролизе бутана – 3,5-3,8 % масс.

Необходимо отметить, что кокс в процессах термоконтактного пиролиза является источником тепла для процесса, которое образуется в результате регенерации закоксованного контакта кислородом воздуха. Поэтому невысокие выходы кокса могут привести к недостатку тепла в реакторных системах.

В ходе экспериментов также отмечено образование водяного пара (в количестве 10-25 % масс. на сырье в зависимости от условий процесса) и диоксида углерода (до 28 % масс.). Их образование объясняется следующими реакциями оксида железа огарка с исходным сырьём и продуктами и реакции:

, (7)

(8)

Диоксид углерода также образуется при реакции кокса с водяным паром.

Использование в качестве разбавителя водяного пара при пиролизе пропановой фракции на огарке способствует повышенному выходу водорода (свыше 3 % масс., без водяного пара – менее 2 % масс.). Снижается максимальный выход пропилена, а суммарный выход олефинов С2-С3 не превышает значения, полученные пиролизом без водяного пара, и составляет 50-51 % масс.

Помимо возможности получить относительно высокие выходы олефиновых углеводородов, необходимо отметить следующие достоинства огарка:

- возможность проводить процесс без разбавления сырья водяным паром;

- относительная дешевизна и доступность огарка (большие его количества накоплены на ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения»);

- высокая термическая стабильность контакта.

На применение огарка в качестве контакта процесса ТКП углеводородного сырья получено положительное решение по заявке на патент.

Поскольку процесс регенерации закоксованных катализаторов в промышленности производят, как правило, в регенераторах в псевдоожиженном слое контакта, то проведены исследования по гидродинамике слоя огарка. Результаты исследований приведены на рисунке 7.

а б

Рисунок 7

Зависимость перепада давления в слое огарка (а) и высоты слоя огарка (б) от скорости фильтрации

При скорости фильтрации около 0,05 м/с в системе начинается псевдоожижение, следствием чего является увеличение высоты слоя контакта и снижение роста перепада давления в системе. Расчётное значение критической скорости псевдоожижения и скорости витания определяли по формуле

, (9)

где Re – критерий Рейнольдса, - динамическая вязкость потока, Пас; d - диаметр зерна, м ;г - плотность псевдоожижающего агента, кг/м3.

, (10)

где Ar – критерий Архимеда, - порозность неподвижного слоя, м3/м3 (при определении скорости витания принимается равным 1).

Вычисленная по формуле (9) критическая скорость псевдоожижения слоя огарка также составила 0,05 м/с, а скорость витания – 1,25 м/с. Следовательно, псевдоожижение слоя огарка будет наблюдаться при линейных скоростях псевдоожижающего агента в диапазоне 0,05-1,25 м/с. При более высоких скоростях потока будет происходить унос контакта из регенератора.

Исследован процесс регенерации закоксованного огарка. Так как в процессе пиролиза огарок участвует в химических реакциях (7) и (8), то рассмотрены как кинетика выжига коксовых отложений с поверхности закоксованного огарка, так и изменение массы огарка в ходе регенерации. Результаты исследований представлены на рисунке 8.

а б
I – скорость нагрева 20 °С/мин; II - скорость нагрева 10 °С/мин

Рисунок 8

Зависимость степени выжига кокса от времени и температуры (а) и прироста массы огарка при регенерации от температуры (б)

Скорость выжига кокса с поверхности огарка незначительно меняется во времени. Прирост массы закоксованного огарка (рисунок 8, б) происходит за счёт окисления образующегося при пиролизе железа кислородом воздуха:

. (11)

В ходе регенерации прирост массы составляет около 2,6 % масс., что свидетельствует об участии в процессе пиролиза только некоторой части огарка, поскольку теоретический прирост массы (в случае, если весь оксид железа огарка участвует в реакциях (7) и (8)) составлял бы более 40 % масс. Таким образом, в процессе ТКП углеводородного сырья происходит непрерывный цикл восстановления железа в реакторе и последующего его окисления кислородом воздуха в регенераторе.

В пятой главе представлены основания к разработке технологии ТКП ШФЛУ следующего состава (% масс.): C2H4 – 0,2; C3H8 – 47,8; C3H6 – 0,4; C4H8 – 0,2; i-C4H10 – 12,1; н-C4H10 – 37,8; C5H12 – 1,4; C4H6 – 0,1. Данная фракция близка по составу ШФЛУ, перерабатываемой на установке ЭП-300 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», содержание пропана в которой может колебаться в пределах 35-56 % масс., а бутанов в пределах 30-50 % масс.

Предлагается использовать технические решения, заложенные в основу зарубежных установок каталитического крекинга с малым временем пребывания сырья в реакционной зоне. Поэтому для проведения реакций пиролиза используется реактор установки MSCC (MS – миллисекунда, CC – каталитический крекинг). Схема предлагаемого реактора показана на рисунке 9.

Указаны следующие преимущества предлагаемой технологии: 1) возможность проведения процесса пиролиза в более жестких условиях; 2) возможность в достаточно широком пределе варьировать количество получаемых продуктов; 3) для разложения сырья в процессе используется тепло, получаемое в результате сгорания кокса; 4) меньшая, по сравнению с печным пиролизом, металлоемкость процесса.

Приведена технологическая схема процесса ТКП с использованием огарка в качестве контакта (рисунок 10). На основе экспериментальных исследований пропановой и бутановой фракции составлена математическая модель ТКП ШФЛУ. С использованием математической модели выбраны технологические параметры процесса (температура в реакторе 854 0С, время пребывания сырья в реакционной зоне 0,35 с, температура в регенераторе 990 0С), рассчитаны основные технико-экономические показатели процесса пиролиза ШФЛУ, которые представлены в таблице 3.

Р-1 – MSCC-реактор; Р-2 – регенератор; Б-1 – стояк отработанного контакта; Ф-1 – фильтр; П-1 печь; З-1 – блок закалки пирогаза; Е – емкости; К-1 – ректификационная колонна; К-2 – отпарная колонна; Т-1,3,4 – теплообменники; ВХ-1 – холодильник воздушный; КХ-1 – конденсатор-холодильник; C-1 – газосепаратор; Н- центробежные насосы; ЦК-1 – центробежный компрессор; Ц-1 – циклон. I – сырье; II – водяной пар; III – пирогаз; IV – вода; V – дымовые газы; VI - воздух; VII – тяжелая смола пиролиза; VIII – пироконденсат, IX – газ топливный

Рисунок 10

Принципиальная технологическая схема термоконтактного пиролиза ШФЛУ

Таблица 3

Технико-экономические показатели

Показатели Значение
Мощность установки, т/год 400000
Количество этилена, т/год 105377,1
Количество пропилена, т/год 66966,5
Предполагаемая цена 1 т этилена, руб. 19833
Предполагаемая цена 1 т пропилена, руб. 19638
Себестоимость 1 т перерабатываемого сырья, руб. 17013,3
Прибыль, тыс. руб. 472893,4
Чистая прибыль, тыс. руб. 359399,0
Капитальные затраты, тыс. руб. 850000,0
Срок окупаемости проекта, лет 1,80


Pages:     | 1 || 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.