Изучение влияния параметров процесса пиролиза нафты на выход крекинг-газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волгоградский государственный технический университет

Изучение влияния параметров процесса пиролиза нафты на выход крекинг-газа

Корчагина Татьяна Константиновна, кандидат химических наук, доцент

Оноприенко Дарья Андреевна, студент-магистрант 6-ого курса

Пиролиз (термический пиролиз и дегидрирование) углеводородов заключается в разложении и различных превращениях исходных продуктов под действием высоких температур. При этом образуется пиролизный газ, целевыми компонентами которого являются ацетилен и этилен. Процесс позволяет перерабатывать довольно широкий спектр сырья и не нуждается в жесткой привязке к одному поставщику или виду сырья [1].

Технологическая схема пиролиза нафты в потоке газа-теплоносителя с целевым выходом С₂Н₂ и С₂Н₄ используется для дальнейшего производства винилхлорида. Винилхлорид получают гидрохлорированием ацетилена [5].

Основная реакция процесса - реакция получения ацетилена и этилена из углеводородного сырья:

С₄Н₁₀=С₂Н₂+С₂Н₄+2Н₂

Побочная реакция - реакция образования побочных продуктов (гомологов ацетилена) и продуктов осмоления:

С₄Н₁₀=2С+Н₂+2СН₄

1. Механизм и кинетика процесса получения крекинг-газа.

Основной механизм реакций пиролиза углеводородов - радикально-цепной. Реализуется термический метод генерации свободных радикалов, образующихся при разрыве связей С-С и С-Н в наиболее слабом месте молекулы углеводорода. Однако процесс является высокотемпературным и поэтому кроме реакций распада углеводородов на целевые продукты протекают и такие реакции как, реакции элементарного распада и реакции полимеризации [2].

В целом анализируя элементарные реакции процесса, можно выделить три основных направления их протекания [4]:

- Реакции расщепления, с образованием непредельных углеводородов, идущие по радикально-цепному механизму.

- Реакции прямого молекулярного распада, ведущие в основном к образованию ацетилена, водорода и сажи.

- Реакции полимеризации и конденсации, ведущие к образованию смолистых соединений и кокса.

Скорости приведенных реакций определяются уравнением первого порядка:

r₁=k₁•P_C4H10

r₂=k₂•P_C4H10

Зависимости констант скорости от температуры на основании литературных данных имеют следующий вид [9]:

k₁=0,7004•10⁶ exp[-41000/RT];

k₂=0,9414•10⁵ exp[-23000/RT].

2. Влияние технологических параметров на выход ацетилена и этилена.

Влияние состава сырья на выход основных продуктов.

В качестве сырья для совместного получения ацетилена и этилена теоретически могут быть использованы любые углеводороды и их смеси, газообразные и жидкие.

Лучшие результаты получаются при пиролизе парафинов нормального строения, причем, чем длиннее углеродный скелет молекулы, тем процесс более энергетически выгоден.

Практически наилучшими видами сырья являются углеводороды с прямой цепью С₃-С₇. Использование углеводородов с короткими цепями (метан, этан) энергетически невыгодно, так как требует больших затрат тепла. Применение высокомолекулярных парафинов (свыше С₇) приводит к развитию вторичных процессов и увеличенному выходу побочных продуктов и продуктов осмоления [1].

Пиролиз изопарафинов характеризуется снижением выхода целевых продуктов и повышенным выходом метана. Для их разложения требуются более высокие затраты энергии. Содержание изопарафинов в сырье ограничено 40 % [3].

Ароматические углеводороды, вследствие высокой стабильности 6-членного цикла, с трудом поддаются пиролизу. Их наличие в сырье дает увеличенный выход кокса и смол при незначительном содержании С₂Н₂ и С₂Н₄. Содержание ароматики в сырье ограничено 2,5 % [3].

Олефины при пиролизе дают повышенный выход продуктов полимеризации, конденсации и осмолов (ароматика и кокс). Содержание непредельных углеводородов в сырье ограничено 3 %.

Нафтены занимают промежуточное положение, дают удовлетворительный выход целевых компонентов, их содержание в сырье ограничено 20 %.

При проведении пиролиза с изменяющимся составом сырья при одних и тех же параметрах процесса изменяется и соотношение Е/А из-за разницы в затратах теплоты, необходимой для разложения соответствующего вида сырья до требуемой глубины и обеспечения необходимого выхода целевых компонентов[4].

Влияние давления на выход основных продуктов.

Так как реакции пиролиза и дегидрирования идут с увеличением объема, снижение давления положительно сказывается на выходах ацетилена и этилена. Используется прием снижения парциального давления целевых компонентов путем разбавления пирогаза водяным паром.[4] Кроме того, присутствие водяного пара снижает выход сажи и кокса за счет реакции:

С + Н₂О ® СО + Н₂

Влияние температуры подогрева сырья.

Температуры подогрева сырья влияет на соотношение выхода целевых компонентов Е/А и для каждого вида сырья имеет свой оптимум. При снижении температуры снижается выход С₂Н₂ и возрастает выход С₂Н₄, при повышении температуры возрастает выход С₂Н₂ и уменьшается выход С₂Н₄. Для легкого сырья с преимущественным содержанием пропана и бутана оптимальной является температура 500 ^оС [4].

Исследование показало, что основными кинетическими факторами являются температура и время процесса и оптимальными условиями процесса, исходя из полученных данных, являются: Р_А,₀ = 0,1мПа, Т = 1100-1300°С.

ацетилен крекинг кинетика температура

Литература

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического синтеза. - М: КолосС, 2013. - С. 514.

2. Литвинцев И.Ю. Пиролиз - ключевой процесс нефтехимии / Соросовскийй образовательный журнал. - 1999. - №12.

3. Мухина Т.Н., Баранов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья, 1987. - С. 240.

4. Основной технологический регламент цеха № 102 ОАО «Каустик», Волгоград, 2008.

5. Паушкин Я.М. / Нефтехимический синтез в промышленности // Я. М. Паушкин - М.: Наука, 1996. - С. 536.

Размещено на Allbest.ru