Получение бензола методом деалкилирования алкилароматических углеводородов
Низкомолекулярные ароматические углеводороды (бензол, толуол и ксилолы) как вид сырья для промышленности органического синтеза. Процессы гидро- и термодеалкилирования. Принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.11.2014 |
| Размер файла | 514,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Тюменский государственный нефтегазовый университет"
Филиал "Тобольский индустриальный институт"
Кафедра химии и химической технологии
Контрольная работа
по дисциплине "Первичная переработка нефти и газа"
тема "Получение бензола методом деалкилирования алкилароматических углеводородов"
Выполнил: ст. гр. ХТО-10
Гуськова А.М.
Проверил: к. т. н., доцент
С.Т. Гулиянц
Тобольск, 2013
План
- Введение
- Глава 1. Теоретическая часть
- 1.1 Назначение процесса
- 1.2 Сырье и продукция
- 1.3 Процессы гидро- и термо- деалкилирования
- 1.4 Принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола
- Глава 2. Практическая часть
- 2.1 Расчет материального баланса установки термического гидродеалкилирования толуола
- Заключение
- Список литературы
Введение
Ароматические углеводороды и их производные находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Возможность получения из ароматических соединений разнообразных веществ и материалов делает их особенно ценными для промышленности органического синтеза. Низкомолекулярные ароматические углеводороды - бензол, толуол и ксилолы являются одним из основных видов сырья для промышленности органического синтеза.
Ароматические углеводороды С9 используются для получения поликарбоновых кислот, их ангидридов и других продуктов. Однако объем их химического применения несоизмеримо мал по сравнению с использованием бензола, толуола и ксилолов. Ароматические углеводороды С9, находящиеся в составе риформатов и бензинов пиролиза, используются в качестве высокооктановых компонентов бензина. Фракции ароматических углеводородов С9 применяются также в качестве растворителей.
Для увеличения ресурсов бензола широкое применение нашли процессы гидродеалкилирования его гомологов, осуществляемые при температурах 650~750°С. В качестве сырья гидродеалкилирования обычно используют толуол, фракции бензинов риформинга и пиролиза, содержащие низкомолекулярные ароматические и неароматические углеводороды. В некоторых случаях к этому сырью могут быть добавлены ароматические углеводороды С9.
Потребность в бензоле значительно превышает потребность в толуоле, а толуол получается в избыточном количестве как при каталитическом риформинге, так и при пиролизе. Поэтому часть бензола получают из толуола деалкилированием или диспропор-ционированием. В последнем случае наряду с бензолом получаются ксилолы. Процесс деалкилирования используется также для получения нафталина из алкилнафталин
Глава 1. Теоретическая часть
Деалкилирование (дезалкилирование), замещение алкильной группы в молекуле органического соединения на атом водорода. В зависимости от атома, с которым была связана алкильная группа, различают С-, О-, N - и S-деалкилирование. К деалкилированию иногда также относят замещение на атом водорода органических радикалов, например, гидрокси - и цианалкилов. Деалкилирование осуществляют под действием катализатора Льюиса, минеральных и органических катализаторов, при пиролизе или облучении. Легко протекает О - и S-деалкилирование, труднее N - деалкилирование аминов; С-деалкилирование обычно осуществляют в жестких условиях - при высокой температуре, давлении, в присутствии катализаторов. Как правило, легко происходит замещение третичных алкилов, например деалкилирование трет-бутильной группы в аминах осуществляют действием CF3COOH при комнатной температуре. В некоторых случаях трудно протекает деалкилирование первичных алкилов, например:
Деалкилирование толуола и других гомологов бензола можно осуществить в присутствии водяного пара на Ni-катализаторах и металлах группы Pt при 350-500°С. Другой способ деалкилирования ароматических углеводородов - действие Н2 в присутствии катализаторов (Сr2О3/Аl2О3, NiO/SiO2, NiO/Al2O3, металлы группы Pt на А12О3). Выходы составляют 60-90%; этот метод называется гидродеалкилированием или восстановительным деалкилированием. Механизм деалкилирования может включать образование иона оксония, аммония и т.п., например:
деалкилирование углеводород низкомолекулярный бензол
Известно непрямое деалкилирование, например деалкилирование третичных аминов до вторичных действием BrCN с последующим гидролизом образующегося цианамида. Деалкилирование алкиларенов - один из основных способов производства бензола (этим методом получают около 30% бензола в мире). Дeбутилирование, дебензилирование (обычно с помощью гидрогенолиза), детритилирование [замещение группы С (С6Н5) 3] используют для снятия N-, О-, S-защитных алкильных групп в синтезе сахаров, нуклеозидов, глицеридов, пептидов, синтетических пенициллинов.
1.1 Назначение процесса
Деалкилирование применяют, в основном, для получения бензола из толуола и высших алкилбензолов, а также для получения нафталина из его гомологов.
Деалкилирование может быть осуществлено при взаимодействии с водородом (гидродеалкилирование).
Промышленные процессы базируются на реакции гидродеалкилирования. Реакция экзотермична, для гидродеалкилирования толуола тепловой эффект "50 кДж/моль. Равновесное превращение толуола при температурах до 800°С более 90%.
При деалкилировании алкилбензолов отщепление боковой цепи происходит ступенчато, в продуктах реакции присутствует не только бензол, но и частично деалкилированные углеводороды Побочные реакции включают конденсацию и распад ароматических ядер.
1.2 Сырье и продукция
Сырьем для гидродеалкилирования служат толуол, его смеси с ксилолами, фракции бензинов пиролиза (после гидроочистки) и каталитического риформинга. Наиболее часто применяют бензольно-толуольно-ксилольную фракцию бензина пиролиза (БТК), выкипающую в пределах 70-150°С. Сырье гидродеалкилирования может содержать до 30% неарома-тпческих углеводородов. В условиях процесса они подвергаются гидрокрекингу, высококачественный бензол с температурой кристаллизации около +5,5°С выделяют из продуктов четкой ректификацией.
1.3 Процессы гидро- и термо- деалкилирования
Термические процессы осуществляют при температуре 680-740 0C и давлении 2,4-4,5 МПа. Скорость гидродеалкилирования толуола описывается уравнением первого порядка по сырью, порядок по водороду 0,5. Энергия активации 210 кДж/моль.
Гидродеалкилированне осуществляют по схеме гидрогенизационных процессов с рециркуляцией водородсодержащего газа. Мольное отношение водород: сырье (5-г-15):
1. Сырье совместно со свежим и рециркулируемым водородом подогревают до требуемой температуры в теплообменниках и печи и направляют в реактор или систему реакторов гидродеалкилирования. Температура в реакторах повышается за счет тепла реакции и при необходимости регулируется подачей холодного водорода. Жидкие продукты подвергают очистке глиной. После выделения бензола ректификацией, высшие алкилбензолы, а также дифенилы возвращают в процесс.
Конверсия толуола в процессах каталитического и термического гидродеалкилирования "за проход" 60-80%, селективность образования бензола 96-99%.
Для осуществления процесса используют водородсодержащий газ риформинга, очищенный водород пиролиза, технический водород. При свободных ресурсах водорода на предприятии процесс осуществляют с подпиткой свежего водорода без очистки рециркулирующего водородсодержащего газа. При этом затраты водорода в 2-3 раза превышают стехиометрические. При ограниченных ресурсах водорода часть рециркулирующего водорода очищают криогенным или абсорбционным способом от газообразных углеводородов C1-C4. При отсутствии водорода установку гидродеалкилирования комбинируют с установкой получения водорода конверсией с водяным паром метана, образующегося в процессе.
При использовании в качестве сырья бензинов пиролиза его предварительно подвергают гидростабилизации. Обычным методом подготовки сырья для процессов термического гидродеалкилирования является двухстадийная каталитическая очистка. На первой стадии гидрируют диолефины и стирол, на второй сырье подвергают гидроочистке с целью гидрирования моноолефинов и обессеривания. Поток из второй ступени может направляться на термическое гидродеалкилирование без конденсации продуктов.
Процесс деалкилирования толуола конверсией с водяным паром не требует затрат водорода, который образуется в качестве побочного продукта. Процесс осуществляют в присутствии катализатора, содержащего благородный металл платиновой группы, при температуре 400-520 0C1 давлении 0,5-2 МПа, мольном соотношении вода: толуол 4-6 и объемной скорости подачи сырья 1-2 ч"1. Конверсия толуола "за проход" 60-65%, селективность образования бензола 95% (мол.). Газообразные продукты содержат (по объему), в зависимости от применяемых условий, следующие компоненты: 50-68% H2, 22-27% CO2, 0,2-2,8% СО, 7-25% CH4.
1.4 Принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола
Характерной особенностью схемы является система отмывки циркулирующего газа от метана.
Газосепаратор высокого давления 5 одновременно является упрощенным одноступенчатым абсорбером. В верхнюю зону аппарата подают абсорбент - дистиллят гидродеалкилирования после дегазации его в газосепараторе низкого давления 6. Из газосепаратора высокого давления водородсодержащий газ поступает на прием циркуляционного компрессора 4. Выделяющийся в газосепараторе низкого давления 6 сбрасываемый газ выводят с установки, а рециркулирующую часть катализата вновь направляют в газосепаратор 5. Балансовый избыток катализата из газосепаратора низкого давления выводят на стабилизацию. При такой схеме потери водорода в процессе определяются в основном его растворимостью в жидких продуктах газосепаратора низкого давления.
В случае работы установки с отмывкой циркулирующего газа и подачей свежего газа, содержащего 80 и 95 мол. % водорода, для поддержания расхода водорода абсорбент нужно подавать в соотношении около 11: 1 к получаемому бензолу при давлении в газосепараторе низкого давления 1 МПа (10 кгс/см2). В этих условиях расход водорода всего на 33-40% больше теоретического количества, необходимого для проведения реакции гидродеалкилирования толуола.
Глава 2. Практическая часть
2.1 Расчет материального баланса установки термического гидродеалкилирования толуола
(Практическое задание). Рассчитать материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола мощностью - 80 000 тонн в год бензола. Время работы установки - 8000 часов в году. Основные реакции процесса:
.
Состав жидких продуктов деалкилирования: % масс. толуол - 35,5; бензол - 40,0; дифенил - 6,0; нафталин - 6,25; смола - 12,25. Определить: 1 - годовой и часовой расход сырья, 2 - годовую и часовую производительность по всем продуктам, 3 - норму расхода водорода на 1 тонну бензола.
Решение:
1) Найдем Gрасхода по бензолу
Gрасхода=х; Gб=80 000 т/год
80 000 т/год - 40%
х - 100%
х= (80 000*100) /40 = 200 000
2) Найдем Gрасхода для каждого компонента
Gтолуола=х; Gрасх= 200 000 т/год
200 000т/год - 100%
х - 35,5%
х= (200 000*35,5) /100=71 000
Gдиф=х;
200 000т/год - 100%
х - 6%
х= (200 000*6) /100=12 000
Gнафт=х
200 000т/год - 100%
х - 6,25%
х= (200 000*6,25) /100=12500
Gсмол=х
200 000т/год - 100%
х - 12,25%
х= (200 000*12,25) /100=24 500
3) Найдем Gприх водорода
х 80000
М=2 М=78
х - 2моль
80 000т/год - 78моль х= (80 000*2) /78=2051 т/год
4) Найдем Gприх толуола
200 000 - 2051=197 949 т/год
5) Найдем Gприх толуола и водорода в %масс.
200 000т/год - 100%
197 949т/год - х х= (197 949*100) /200 000 = 98,97%толуола
200 000т/год - 100%
2051т/ год - х х= (2051*100) /200 000=1,03% водорода
6) Найдем часовой расход сырья
Gтол=71 000/8000=8,88 т/час
Gбенз=80 000/8000=10т/час
Gдиф=12 000/8000=1,5т/час
Gнафт=12 500/8000=1,56т/час
Gсмол=24 500/8000=3,06т/час
6) Найдем норму расхода водорода на 1 тонну бензола
G=Gвод/Gбенз
G=2051/80 000=0,025 тонн
7) Найдем часовую производительность по всем продуктам
Gтол=197 949/8000=24,74 т/час
Gвод=2051/8000=0,26 т/час
Занесем полученные значения в таблицу материального баланса:
|
Приход |
т/год |
% |
Расход |
т/год |
% |
|
|
Толуол |
197949 |
98,97 |
Толуол |
71000 |
35,5 |
|
|
Водород |
2051 |
1,03 |
Бензол |
80000 |
40 |
|
|
Дифенил |
12000 |
6 |
||||
|
Нафталин |
12500 |
6,25 |
||||
|
Смола |
24500 |
12,25 |
||||
|
Итого: |
200000 |
100 |
Итого: |
200000 |
100 |
Составлен материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола мощностью 80 000 тонн в год бензола.
Заключение
Бензол является важнейшим сырьем для химической промышленности, поскольку, он используется и как исходный реагент для синтеза самых разнообразных соединений, и как растворитель для других реакций (бензол растворяет практически все органические соединения, это своего рода "органическая вода").
Для увеличения ресурсов бензола широкое применение нашли процессы гидродеалкилирования его гомологов, осуществляемые при температурах 650~750°С. В качестве сырья гидродеалкилироваиия обычно используют толуол, фракции бензинов риформинга и пиролиза, содержащие низкомолекулярные ароматические и неароматические углеводороды.
В курсовом проекте:
· Рассмотрена технология процесса деалкилирования толуола
· Представлена принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола
· Рассчитан материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола.
Список литературы
1. Богданов Н.Ф., Переверзев А.Н. Депарафинизация нефтяных продуктов. М., Гостоптехиздат, 1961.248 с.
2. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3-я
3. Черножуков Н.И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. Под ред.А. А. Гуреева и Б.И. Бондаренко. - 6-е изд., пер. и доп. - М.: Химия, 1978 г. - 424 с.
4. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.
5. Ривкина Т.В. Обзор технологических процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. - 84с.
6. Банов П.Г. Процессы переработки нефти. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003, Ч3, 504 с.
7. http://chemanalytica.com
8. http://www.xumuk.ru
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Никелевые, сульфидные и платиновые катализаторы. Аппаратурное оформление процесса и способы получения циклогексана. Процесс, разработанный Французским институтом нефти. Принципиальная схема промышленной установки по отечественному проекту гидрирования.
курсовая работа [659,3 K], добавлен 20.11.2009Получение органических соединений, материалов и изделий посредством органического синтеза. Основные направления и перспективы развития органического синтеза. Группы исходных веществ для последующего органического синтеза. Методика органического синтеза.
реферат [1,6 M], добавлен 15.05.2011Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол под атмосферным давлением. Подробный расчет ректификационной колонны и парового подогревателя исходной смеси. Куб-испаритель, дефлегматор и холодильники остатка.
курсовая работа [223,7 K], добавлен 15.10.2011Рассмотрение принципиальной схемы ректификационной установки. Определение температуры кипения смеси бензол-толуол. Расчет коэффициента теплопередачи для разных зон теплообмена. Выбор толщины трубной решетки, диаметра штуцера, формы днищ и крышек.
курсовая работа [505,2 K], добавлен 23.01.2016Расчет насадочной и тарельчатой ректификационных колонн для разделения смеси "вода – бензол": геометрические размеры - диаметр и высота. Принципиальная схема ректификационной установки. Определение нагрузок по пару и жидкости рабочим флегмовым числом.
курсовая работа [420,3 K], добавлен 28.01.2012Тенденции развития органического синтеза. Синтез-газ как альтернатива нефти. Получение этанола прямой каталитической гидратацией этилена. Замена двухстадийного процесса синтеза ацетальдегида из этилена через этанол одностадийным окислительным процессом.
курсовая работа [116,4 K], добавлен 27.02.2015Схема та принцип роботи ректифікаційної установки періодичної дії, вибір тиску і температурного режиму. Матеріальний та тепловий розрахунок установки. Визначення флегмового числа і побудова діаграм рівноваги. Гідравлічний розрахунок ситчатих тарілок.
курсовая работа [770,1 K], добавлен 30.04.2014Сущность экстрактивной ректификации. Конструктивные особенности химической колонны. Специфика применения процесса экстрактивной ректификации в промышленности. Разделение смесей близкокипящих углеводородов. Технология разделения смеси бензол-циклогексан.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 13.01.2015История, состав, сырье и продукция завода. Промышленные процессы гидрооблагораживания дистиллятных фракций. Процессы гидрокрекинга нефтяного сырья. Гидроочистка дизельных топлив. Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6.
отчет по практике [8,1 M], добавлен 07.09.2014Перспективы развития коксохимического производства. Состав, принципы переработки и очистки сырого бензола от сернистых и непредельных соединений. Техника безопасности в цехе ректификации сырого бензола. Расчет выхода химических продуктов коксования.
курсовая работа [83,3 K], добавлен 08.12.2009
