WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

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

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

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

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»