Пиролиз углеводородного сырья
Условия проведения и химизм процесса пиролиза. Расчёт материального баланса, теплового эффекта процесса пиролиза, трубчатого реактора пиролиза. Полезная тепловая нагрузка печи. Расчёт радиантной камеры, камеры конвекции, закалочно-испарительного аппарата.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 06.06.2018 |
Размер файла | 1,2 M |
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/
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Сырьё процесса пиролиза
1.2 Условия проведения и химизм процесса пиролиза
1.3 Особенности технологического оформления процесса
2. Технологическая схема процесса пиролиза
3. Расчёт материального баланса процесса пиролиза
4. Расчёт теплового эффекта процесса пиролиза
5. Расчёт трубчатого реактора пиролиза
5.1 Расчёт процесса горения
6. Полезная тепловая нагрузка печи
6.1 Расход тепла на реакцию пиролиза
6.2 Расход тепла на подогрев бензина
6.3 Расход тепла на испарение бензина
6.4 Расход тепла на подогрев паробензиновой смеси
6.5 Расход тепла на подогрев парогазовой смеси
6.6 Расход тепла на подогрев химически очищенной воды
7. Расчёт радиантной камеры
7.1 КПД печи, расход топлива
7.2 Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру
7.3 Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации
7.4 Кинетический расчёт радиантной части змеевика реактора
7.5 Расчёт времени пребывания парогазовой смеси в зоне реакции
8. Расчёт камеры конвекции
8.1 Змеевик для нагрева паробензиновой смеси
8.2 Змеевик для химически очищенной воды
8.3 Змеевик для нагрева и испарения бензиновой фракции
9. Расчёт закалочно-испарительного аппарата
Список литературы
Bведение
пиролиз реактор печь
В текущее время нефтехимический потенциал промышленно развитых стран определяется объёмами производства низших олефинов. Главным источником их производства служит процесс теплового пиролиза углеводородов с водяным паром. Данный процесс представляет собой модификацию теплового крекинга продукции нефтепереработки, развитие которого с применением трубчатых печей началось в 1910-20 годах на предприятиях по переработке нефти США. 1-ые промышленные синтезы современной нефтехимии были осуществлены на базе этилена и пропилена, которые были выделены из газов крекинга. Конкретно на установках пиролиза получают сейчас первичные товары, которые обеспечивают сырьём производства пластических масс, синтетических смол, каучуков и волокон.
Главным методом получения этилена является процесс пиролиза углеводородного сырья. Структура сырья для пиролиза в общем характеризуется многообразием. Например, пиролизу в тех либо других количествах подвергают этан, пропан, бутан, бензины и газойли. При всем этом до ближайшего времени сохраняется приметное различие в структуре сырья, который используется разными государствами. В США до семьдесят процентов общего объёма этилена вырабатывается из газообразных углеводородов - этана, природного и попутного газов. В государствах Западной Европы и Стране восходящего солнца, наоборот, 85-восемьдесят восемь процентов этилена делается пиролизом бензинов и газойлей. В Российской Федерации структура сырьевой базы пиролиза близка к западноевропейской: более 75% общего выпуска этилена в Российской Федерации получено на установках пиролиза бензина. Подобное различие в сырьевой базе разных государств обосновано индивидуальностью топливно-энергетических балансов по государствам и регионам, соотношением спроса на моторные и котельные горючего, также на дизельное горючее и авто бензин. [1]
В нашему государству накоплен значимый опыт в области использования российских и заграничных установок, разработки и усвоение новых технических решений по системам пиролиза разных углеводородов.
Стоит отметить, что до недавнего времени созданием конкретно этилена, также пропилена определялась ценность процесса пиролиза. Но образующиеся при пиролизе и иные углеводороды - бутадиен, бутилены, низкомолекулярные ароматичные углеводороды, ацетилен, метилацетилен, циклопентадиен и иные газообразные соединения, также водянистые фракции увеличивают привлекательность этого процесса как источника ценных углеводородов для индустрии нефтехимического и органического синтеза. [2]
1. Литературный обзор
1.1 Cырьё процесса
Главным фабричным сырьём для процесса пиролиза являются газы нефтепереработки, бензиновые и газойлевые фракции нефти. Сырьевая база пиролиза определяется обычно структурой употребления продукции нефтепереработки.
Выход мотивированных товаров пиролиза значительно зависит от углеводородного состава подвергаемого деструкции сырья. При пиролизе газов нефтепереработки состава C2 - C4 и обычных парафинов, которые содержатся в бензиновых фракциях, появляется приемущественно пирогаз. Пиролиз высококипящих нефтяных фракций (к примеру, газойля) приводит к образованию огромного количества смолы пиролиза, которая содержит ароматичные углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и иные), также олефины C5 и выше, также и циклические (к примеру, циклопентадиен). [3]
1.2 Условия проведения и химизм процесса
В производственных критериях пиролиз углеводородов производят при температурах 800 - 900°С и при давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик - 0,3 МПа, на выходе - 0,1 МПа лишних). Время пребывания сырья в пирозмеевике составляет 0,1 - 0,5 секунд. Большая часть исследователей придерживаются теории цепного свободно-радикального механизма разложения при пиролизе в вышеуказанных критериях. Условно все реакции при пиролизе можно поделить на первичные и вторичные. Первичные реакции протекают с повышением объёма обскурантистской массы. Это, в главном, реакции расщепления парафинов и нафтеновых углеводородов с образованием углеводородов с наименьшей молекулярной массой. Вторичные реакции протекают, в большей степени, на поздних стадиях пиролиза и протекают они с уменьшением объёма обскурантистской массы. Это, в главном, реакции образования ароматичных, полиядерных ароматичных углеводородов в итоге реакции конденсации/поликонденсации термически размеренных ароматичных углеводородов и в итоге реакций типа Дильса-Альдера. Кроме того, к вторичным реакциям можно отнести реакции образования разных твёрдых углеродистых соединений, которые в индустрии принято называть коксом.
Для понижения скоростей вторичных реакций пиролиза употребляют разбавление сырья пиролиза водяным паром. В итоге парциальное давление углеводородов понижается и, согласно принципу Ле-Шателье, понижение давления в зоне реакции будет содействовать протеканию реакций, идущих с повышением объёма, другими словами - первичных. Для этана, бутана, прямогонного бензина соотношение пара к сырью обычно составляет 0,3:1,0; 0,4:1,0; 0,5:1,0 соответственно. [1, 3, 5]
К числу главных характеристик, которые влияют на процесс пиролиза, относятся температура, время пребывания сырья в зоне реакции и парциальное давление углеводородов.
Температура - параметр процесса, устанавливающий как ступень разложения сырья( ступень перевоплощения), так и расположение( состав) товаровпиролиза. Так, при пиролизе широкой фракции( 35-180 С) прямогонного бензина при разных температурах и постоянных значениях времени реакции, давления и разбавления сырья водяным паром в перерыве температуры от 600 до 680 С из алканов и нафтенов в заметном численности образуются наравне с этиленом и пропиленом высшие олефины - пентены и гексены. При наиболеебольших температурах возрастает вывод легких углеводородов( водорода, метана), при этом выходы олефинов С2-С4 проходят чрез максимум.
Таким образом, в критериях пиролиза, когда ступень разложения исходных веществ довольно велика и протекают вторичные реакции( деление олефинов и диолефинов, образовавшихся на первой стадии; реакции присоединения и так дальше), более стабильным соединением из олефинов является этилен.
Время пребывания сырья в зоне реакции. Под этим временем понимают промежуток, в течении которого поток реагирующего вещества располагаться в реакционном змеевике при таких температурах, когда реакция пиролиза протекает со значимой скоростью
Выходы водорода и метана с увеличением времени пребывания, как и с увеличением температуры, постоянно возрастают.
Скорость первичных реакций, в ходе которых образуются олефины, в большей мерке возрастает с увеличением температуры, чем скорость вторичных. Для каждого из олефинов есть оптимальное время, при котором его выход достигает максимума, при этом с повышением температуры это оптимальное значение времени уменьшается. Таким образом, повышение температуры пиролиза с одновременным соответствующим сокращением времени присутствия способствует достижению более высоких выходов целевых товаров, в первую очередь, этилена. Исходя из этого, промышленный процесс пиролиза развивается в направленности увеличения температуры и сокращения времени пребывания.
Таблица 1. Выход продуктов пиролиза при различных условиях проведения процесса
Продукты |
Выход продуктов, % |
||||
785-800?С; 1,2 с |
815-840?С; 0,65 с |
840-870?С; 0,35 с |
870-900?С; 0,1 с |
||
CH4 |
15,6 |
16,6 |
16,8 |
16,7 |
|
C2H4 |
23 |
25,9 |
29,3 |
33,3 |
|
C3H6 |
13,6 |
12,7 |
12,2 |
11,7 |
|
C4H6 |
2,2 |
3,8 |
4,2 |
4,8 |
|
C5 и выше |
32,8 |
29,7 |
27,8 |
23,9 |
Парциальное давление углеводородов. На селективность пиролиза оказывает существенное влияние парциальное давление углеводородной части реакционного потока.
cтепень превращения cырья в направлении образования низших олефинов от давления не завиcит( реакции главного кинетического порядка), но олефины реагируют дальше, превращаясь в продукты полимеризации или конденсации, и ступень их превращения по этим направлениям пропорциональна парциальному давлению углеводородов. Оно определяется cуммарным давлением в реакторе и разбавлением сырья водяным паром
О давлении смеси в реакторе судят, как правило, по давлению на выходе из пирозмеевика. Оптимальное влияние на выходе из реактора в среднем находится в пределах 0, 16-0, 20 МПа.
При cнижении парциального давления углеводородов за cчет разбавления cырья водяным паром возраcтают выходы этилена, бутадиена-1, 3 и бутенов, но cнижаются выходы ароматических углеводородов и метана, cледовательно, селективность пиролиза по этилену увеличивается.
С увеличением разбавления углеводородов водяным паром снижается коксообразование в реакторе, так как уменьшается прыть реакций второго и более высоких кинетических порядков, водящих к получению высокомолекулярных соединений - предшественников кокса. Степень разбавления разных видов сырья водяным паром меняется, обычно, в зависимости от склонности его к коксообразованию последующим образом: [1, 3, 5]
Таблица 2. Степень разбавления различных видов сырья водяным паром
Сырье |
Этан |
Бутан |
Легкий бензин |
Тяжелый бензин |
Атмосферный газойль |
|
Разбавление паром, кг/кг |
0,35 |
0,5 |
0,5-0,6 |
0,6-0,7 |
0,8-1 |
1.3 Особенности технологического оформления
Аппаратурное и технологическое оформление процесса пиролиза предопределяется следующими его особенностями: необходимостью проведения процесса при высокой температуре (поглощение значительных количеств тепла) при малом времени контакта (быстрый подвод тепла) и возможно меньшем парциальном давлении паров углеводородов, желательность быстрого вывода продуктов реакции и быстрого их охлаждения, возможностью отложения кокса в аппаратуре.
В зависимости от метода подвода тепла к реагирующей смеси различают следующие процессы пиролиза с целью получения этилена:
Пиролиз в трубчатых печах, представляющих собой реакторы змеевикового типа, где тепло передается через поверхность нагрева;
Термоконтактный пиролиз с применением твердого гранулированного или мелкозернистого теплоносителя в движущемся или псевдоожиженным слое;
Гомогенный пиролиз в токе газообразного теплоносителя - водяного пара или продуктов сгорания топлива;
Окислительный пиролиз с подводом тепла за счет сжигания части исходного сырья в присутствии кислорода.
В настоящее время практически единственным промышленным методом пиролиза является пиролиз в трубчатых печах. [4]
2. Технологическая схема процесса пиролиза
Рисунок 1.Технологическая схема пиролиза углеводородного сырья
,8,15,16 - насосы; 2 - теплообменник; 3 - печь пиролиза; 4 - закалочно-испарительный аппарат; 5,11 - паросборники; 6 - узел впрыска масла; 7 - колонна первичного фракционирования; 9 - фильтр; 10 - котел-утилизатор; 12 - колонна водной промывки; 13 - водоотделитель; 14 - холодильник
Бензин поступает на приём насоса 1, нагревается до 80-100 С в теплообменнике 2 за счет тепла циркулирующего томного масла и поступает в конвекционную камеру печи 3. Сырье и водяной пар для его разбавления перемешивают непосредственно в камере конвекции. Смесь сырья и водяного два перегревают до 600-650 С, после чего подают в радиантную камеру печи.
Пиролиз углеводородного сырья протекает в радиантных трубах, на выходе из которых температура сочиняет 840-870 С. Из печи продукты пиролиза направляют в закалочно-испарительный установка( ЗИА) 4 для снижения температуры и прекращения реакции. ЗИА представляет собой трубчатый установка, в межтрубном пространстве которого циркулирует химически очищенная влага. Отводимое тепло используют для выработки пара высокого давления( Р = 12-14 МПа). Над ЗИА размещен связанный с ним паросборник 5, в который и поступает химочищенная вода, до перегретая в конвекционной камере печи. Пар высокого давления из паросборника, как правило, перегревают до 450 С в особом змеевике, расположенном в конвекционной секции печи.
Продукты пиролиза охлаждают в ЗИА до 350-400 С и направляют в узел 6 впрыска масла( узел дозакалки), где они охлаждаются до 200 С за счет смешения с циркулирующим томным маслом. Затем смесь продуктов реакции и масла ориентируют в колонну 7 первичного фракционирования, орошаемую легким маслом( легкой смолой). В данной колонне отделяются тяжелое масло( тяжелая смола пиролиза, выкипающая больше 190-200 С), сажа и кокс, выводимые снизу. В средней доли колонны расположены тарелки, на которых газ пиролиза дополнительно очищается от сажи и томных углеводородов циркулирующим тяжелым маслом. Выше расположены клапанные тарелки. С верха колонны значит смесь газа, паров легкой смолы( масла) и водяного два. Тяжелое масло с низа колонны 7 подают насосом 8 чрез фильтр 9 и котел-утилизатор 10( где генерируется пар, необходимый для разбавления) в узел 6 впрыска масла. Котел-утилизатор 10 связан с паросборником 11. Часть томного масла направляют в теплообменник 2, где осуществляется подогрев бензина, и дальше в среднюю часть колонны первичного фракционирования. Балансовое численность тяжелого масла выводят в емкость. Пары из колонны первичного фракционирования поступают в колонну 12 аква промывки, где конденсируются смола и большая часть водяного два. С верха колонны газ пиролиза направляется в отделение компримирования. Смесь легкого масла( смолы) и воды с низа колонны 12 подают в водоотделитель 13, откуда дробь легкой смолы откачивают в верхнюю часть колонны 7 в качестве орошения, а воду подают на орошение колонны 12. Основное численность легкой смолы( выкипает до 190-200 С) направляется в систему газоразделения. [5]
3. Расчёт материального баланса процесса пиролиза
Производительность установки по этилену с учётом потерь:
где - производительность установки по товарному этилену, т/год;
П - потери этилена в отделении пиролиза и газоразделения, %масс.
Мощность с учетом глубины отбора:
где К - коэффициент извлечения этилена, %.
Часовая производительность по этилену:
Часовой расход бензина:
где и - массовая доля этилена и этана пиролиза бензина соответственно; - массовая доля этилена в продуктах пиролиза этана; yэт - конверсия этана =55,1%.
Часовая загрузка этановой печи:
где количество рециркулирующего этана; количество выходящего этана. [6]
Таблица 3. Материальный баланс установки пиролиза бензина
выход продуктов |
выход при пиролизе бензина |
выход при пиролизе этана |
всего с установки |
выход на пропущенный бензин |
|||||
кг/ч |
%масс. |
кг/ч |
%масс. |
кг/ч |
%масс. |
кг/ч |
%масс. |
||
водород |
677,6 |
0,2 |
651,9 |
3,7 |
1329,5 |
0,4 |
1257,3 |
0,4 |
|
метан |
58274,8 |
17,2 |
1057,1 |
6 |
59331,9 |
17,5 |
56109,5 |
17,5 |
|
CO |
338,8 |
0,1 |
3,5 |
0,02 |
342,3 |
0,1 |
323,7 |
0,1 |
|
CO2 |
338,8 |
0,1 |
12,3 |
0,07 |
351,1 |
0,1 |
332,1 |
0,1 |
|
ацетилен |
677,6 |
0,2 |
37,0 |
0,21 |
714,6 |
0,2 |
675,8 |
0,2 |
|
этилен |
92155,5 |
27,2 |
7170,5 |
40,7 |
99326 |
29,3 |
93931,5 |
29,3 |
|
этан |
17618,0 |
5,2 |
7910,5 |
44,9 |
7910,5 |
2,3 |
7480,8 |
2,3 |
|
пропан |
2371,6 |
0,7 |
105,7 |
0,6 |
2477,4 |
0,7 |
2342,8 |
0,7 |
|
пропилен |
52515,1 |
15,5 |
140,9 |
0,8 |
52656,0 |
15,5 |
49796,2 |
15,5 |
|
аллен |
2032,8 |
0,6 |
2032,8 |
0,6 |
1922,4 |
0,6 |
|||
бутан |
11858,2 |
3,5 |
17,6 |
0,1 |
11875,9 |
3,5 |
11230,9 |
3,5 |
|
суммарные бутены, в т.ч. |
17956,8 |
5,3 |
52,9 |
0,3 |
18009,6 |
5,3 |
17031,5 |
5,3 |
|
бутен-1 |
3049,3 |
0,9 |
3049,3 |
0,9 |
2883,7 |
0,9 |
|||
бутен-2 |
3726,9 |
1,1 |
3726,9 |
1,1 |
3524,5 |
1,1 |
|||
цис, транс-бутены |
4065,7 |
1,2 |
4065,7 |
1,2 |
3844,9 |
1,2 |
|||
бутадиен |
2710,5 |
0,8 |
2710,5 |
0,8 |
2563,2 |
0,8 |
|||
фракция С5 |
2032,8 |
0,6 |
2032,8 |
0,6 |
1922,4 |
0,6 |
|||
фракция С6 |
2371,6 |
0,7 |
2371,6 |
0,7 |
2242,8 |
0,7 |
|||
жидкие продукты, в т.ч. |
81991,3 |
24,2 |
458,1 |
2,6 |
82449,3 |
24,3 |
77971,4 |
24,3 |
|
легкая смола |
57597,2 |
17 |
57597,2 |
17,00 |
54469,0 |
17,0 |
|||
тяжелая смола |
13552,3 |
4 |
13552,3 |
4,0 |
12816,2 |
4,0 |
|||
кокс+потери |
10841,8 |
3,2 |
10841,8 |
3,2 |
10253,0 |
3,2 |
|||
Итого: |
338806,9 |
100,0 |
17618,0 |
100,0 |
338806,9 |
100,0 |
320406 |
100 |
4. Расчёт теплового эффекта процесса пиролиза [6]
где теплота образования вещества, ккал/моль; мольная доля вещества.
В расчете на 1 кг пиролизуемого бензина:
Таблица 4. Компонентный состав бензиновой фракции, поступающий на установку пиролиза
компоненты |
содержание Х1, %масс. |
молеклярная масса М |
количество Gi, кг/ч |
Ni, кмоль/ч |
теплота образования Н, ккал/кг |
Ni*H, ккал/ч |
|
бутан |
0,61 |
58 |
2066,7 |
35,63 |
-37370 |
-1331611 |
|
пентан |
6,64 |
72 |
22496,8 |
312,46 |
-43330 |
-13538688 |
|
гексан |
8,69 |
86 |
29442,3 |
342,35 |
-49340 |
-16891677 |
|
гептан |
8,72 |
100 |
29544,0 |
295,44 |
-55330 |
-16346676 |
|
октан |
6,09 |
114 |
20633,3 |
180,99 |
-61320 |
-11098567 |
|
нонан |
2,12 |
128 |
7182,7 |
56,11 |
-67320 |
-3777655 |
|
изопентан |
2,57 |
72 |
8707,3 |
120,94 |
-44990 |
-5440877 |
|
3-метилпентан |
2,3 |
114 |
7792,6 |
68,36 |
-50400 |
-3445132 |
|
2-метилгексан |
6,95 |
114 |
23547,1 |
206,55 |
-57040 |
-11781804 |
|
2,3-диметилгексан |
2,8 |
114 |
9486,6 |
83,22 |
-64710 |
-5384891 |
|
2-метилоктан |
2,75 |
128 |
9317,2 |
72,79 |
-68640 |
-4996344 |
|
2-метилгептан |
3,34 |
114 |
11316,2 |
99,26 |
-63000 |
-6253663 |
|
2,3-диметилгептан |
3,61 |
128 |
12230,9 |
95,55 |
-70510 |
-6737523 |
|
циклопентан |
1,32 |
70 |
4472,3 |
63,89 |
-26870 |
-1716706 |
|
метилциклопентан |
6,23 |
84 |
21107,7 |
251,28 |
-34560 |
-8684300 |
|
1,2-диметилциклопентан |
5,08 |
98 |
17211,4 |
175,63 |
-42230 |
-7416705 |
|
1,1,3-триметилциклопентан |
5,84 |
112 |
19786,3 |
176,66 |
-41110 |
-7262642 |
|
циклогексан |
3,08 |
84 |
10435,3 |
124,23 |
-37000 |
-4596481 |
|
метилциклогексан |
7,34 |
98 |
24868,4 |
253,76 |
-44750 |
-11355737 |
|
этилциклогексан |
1,96 |
112 |
6640,6 |
59,29 |
-49670 |
-2944995 |
|
1,3-диметилциклогексан |
3,89 |
112 |
13179,6 |
117,67 |
-51100 |
-6013188 |
|
1-метил.4-этилциклогексан |
1,87 |
126 |
6335,7 |
50,28 |
-42000 |
-2111897 |
|
бензол |
0,31 |
78 |
1050,3 |
13,47 |
14660 |
197403 |
|
метилбензол |
1,83 |
92 |
6200,2 |
67,39 |
5960 |
401663 |
|
этилбензол |
0,98 |
106 |
3320,3 |
31,32 |
-160 |
-5012 |
|
1,4-диметилбензол |
3,08 |
106 |
10435,3 |
98,45 |
-3800 |
-374094 |
|
Итого: |
100 |
-158907797 |
Таблица 5. Состав пироконденсата
Компоненты |
Выход на пироконденсат, %масс. |
Выход на бензин, %масс. |
|
фракция С5, в т.ч.: |
13,50 |
2,30 |
|
изопентан |
1,90 |
0,32 |
|
циклопентан |
0,40 |
0,07 |
|
2-метилбутен-1 |
0,80 |
0,14 |
|
пентен-1 |
0,50 |
0,09 |
|
пентен-2транс |
0,40 |
0,07 |
|
пентен-2цис |
0,20 |
0,03 |
|
2-метилбутен-2 |
0,30 |
0,05 |
|
изопрен |
2,70 |
0,46 |
|
циклопентадиен |
4,50 |
0,77 |
|
пентадиен-1,3транс |
1,00 |
0,17 |
|
пентадиен-1,3цис |
0,60 |
0,10 |
|
пентадиен-1,4 |
0,20 |
0,03 |
|
бензол |
30,00 |
5,10 |
|
олефины С6, в т.ч.: |
6,40 |
1,09 |
|
гексен-1 |
1,00 |
0,17 |
|
гексен-2цис |
1,10 |
0,19 |
|
гексен-2транс |
1,10 |
0,19 |
|
гексен-3транс |
1,10 |
0,19 |
|
циклогексен |
1,00 |
0,17 |
|
2-метилпентен-2 |
1,10 |
0,19 |
|
алканы С6, в т.ч.: |
2,00 |
0,34 |
|
гексан |
0,60 |
0,10 |
|
2-метилпентан |
0,20 |
0,03 |
|
2,2-диметилбутан |
0,30 |
0,05 |
|
циклогексан |
0,60 |
0,10 |
|
3-метилпентан |
0,30 |
0,05 |
|
толуол |
18,60 |
3,16 |
|
гептен-1 |
2,30 |
0,39 |
|
алканы С7, в т.ч.: |
0,50 |
0,09 |
|
гептан |
0,20 |
0,03 |
|
3-метилгексан |
0,20 |
0,03 |
|
2-метилгексан |
0,10 |
0,02 |
|
о-ксилол |
2,50 |
0,43 |
|
п-ксилол |
3,80 |
0,65 |
|
м-ксилол |
2,10 |
0,36 |
|
этилбензол |
0,50 |
0,09 |
|
стирол |
4,70 |
0,80 |
|
октен-1 |
1,20 |
0,20 |
|
алканы С8, в т.ч.: |
0,20 |
0,03 |
|
октан |
0,10 |
0,02 |
|
3-метилгептан |
0,05 |
0,01 |
|
2,3-диметилгексан |
0,05 |
0,01 |
|
фракция С9, в т.ч.: |
11,70 |
1,99 |
|
ИПБ |
0,10 |
0,02 |
|
н-пропилбензол |
0,30 |
0,05 |
|
мезитилен |
0,20 |
0,03 |
|
п-этилтолуол |
0,40 |
0,07 |
|
м-этилтолуол |
1,00 |
0,17 |
|
о-этилтолуол |
2,40 |
0,41 |
|
псевдокумол |
0,70 |
0,12 |
|
L-метилстирол |
2,50 |
0,43 |
|
дициклопентадиен |
1,00 |
0,17 |
|
п-винилтолуол |
0,50 |
0,09 |
|
м-винилтолуол |
0,30 |
0,05 |
|
о-винилтолуол |
0,30 |
0,05 |
|
0,20 |
0,03 |
||
b-метилстирол-транс |
1,00 |
0,17 |
|
инден |
0,10 |
0,02 |
|
нафталин |
0,30 |
0,05 |
|
нонан |
0,20 |
0,03 |
|
2,6-диметилгептан |
0,10 |
0,02 |
|
нонен-1 |
0,10 |
0,02 |
|
Итого: |
100,00 |
17,00 |
Таблица 6. Состав тяжёлой смолы пиролиза
компоненты |
выход на тяжёлую смолу, %масс. |
выход на бензин, % масс. |
|
L-метилнафталин |
5,56 |
0,22 |
|
b-метилнафталин |
26,89 |
1,08 |
|
1,2-диметилнафталин |
4,89 |
0,20 |
|
алкилнафталины |
33,56 |
1,34 |
|
бифенил |
13,11 |
0,52 |
|
фенантрен |
6,22 |
0,25 |
|
флуорен |
8,44 |
0,34 |
|
антрацен |
1,33 |
0,05 |
|
Итого: |
100,00 |
4,00 |
Таблица 7. Компонентный состав продуктов пиролиза
компоненты, продукты пиролиза |
молекулярная масса М |
содержание, %масс. |
количество Gi, кг/ч |
Ni, кмоль/ч |
теплота образования H, ккал/кг |
Ni*H, ккал/ч |
|
водород |
2 |
0,4 |
1329,5 |
664,74 |
0 |
0 |
|
метан |
16 |
17,5 |
59331,9 |
3708,24 |
-21580 |
-80023863 |
|
ацетилен |
26 |
0,2 |
714,6 |
27,49 |
53130 |
1460281 |
|
этилен |
28 |
29,3 |
99326,0 |
3547,36 |
9040 |
32068109 |
|
этан |
30 |
2,3 |
7910,5 |
263,68 |
-25480 |
-6718621 |
|
пропан |
44 |
0,7 |
2477,4 |
56,30 |
-31040 |
-1747662 |
|
бутадиен |
54 |
0,8 |
2710,5 |
50,19 |
22610 |
1134878 |
|
бутен |
56 |
4,4 |
14907,5 |
266,21 |
-6110 |
-1626515 |
|
бутан |
58 |
3,5 |
11875,9 |
204,76 |
-3730 |
-763741 |
|
жидкие продукты, в т.ч. |
|||||||
легкие, в т.ч.: |
|||||||
фракция С5, в т.ч.: |
|||||||
изопентан |
72 |
0,32 |
1094,3 |
15,20 |
-44990 |
-683815 |
|
циклопентан |
70 |
0,07 |
230,4 |
3,29 |
-26870 |
-88436 |
|
2-метилбутен-1 |
70 |
0,14 |
460,8 |
6,58 |
-15620 |
-102819 |
|
пентен-1 |
70 |
0,09 |
288,0 |
4,11 |
-12070 |
-49657 |
|
пентен-2транс |
70 |
0,07 |
230,4 |
3,29 |
-15060 |
-49566 |
|
пентен-2цис |
70 |
0,03 |
115,2 |
1,65 |
-14550 |
-23944 |
|
2-метилбутен-2 |
70 |
0,05 |
172,8 |
2,47 |
-18050 |
-44556 |
|
изопрен |
68 |
0,46 |
1555,1 |
22,87 |
13500 |
308738 |
|
циклопентадиен |
66 |
0,77 |
2591,9 |
39,27 |
28310 |
1111756 |
|
пентадиен-1,3транс |
68 |
0,17 |
576,0 |
8,47 |
13680 |
115872 |
|
пентадиен-1,3цис |
68 |
0,10 |
345,6 |
5,08 |
12990 |
66017 |
|
пентадиен-1,4 |
68 |
0,03 |
115,2 |
1,69 |
20260 |
34321 |
|
бензол |
78 |
5,10 |
17279,2 |
221,53 |
14660 |
3247595 |
|
олефины С6, в т.ч.: |
|||||||
гексен-1 |
84 |
0,17 |
576,0 |
6,86 |
-18120 |
-124245 |
|
гексен-2цис |
84 |
0,19 |
633,6 |
7,54 |
-21310 |
-160730 |
|
гексен-2транс |
84 |
0,19 |
633,6 |
7,54 |
-21340 |
-160957 |
|
гексен-3транс |
84 |
0,19 |
633,6 |
7,54 |
-21210 |
-159976 |
|
циклогексен |
82 |
0,17 |
576,0 |
7,02 |
-7660 |
-53804 |
|
2-метилпентен-2 |
84 |
0,19 |
633,6 |
7,54 |
-23020 |
-173628 |
|
алканы С6, в т.ч.: |
|||||||
гексан |
86 |
0,10 |
345,6 |
4,02 |
-49340 |
-198268 |
|
2-метилпентан |
86 |
0,03 |
115,2 |
1,34 |
-50660 |
-67858 |
|
2,2-диметилбутан |
86 |
0,05 |
172,8 |
2,01 |
-53180 |
-106849 |
|
циклогексан |
84 |
0,10 |
345,6 |
4,11 |
-37000 |
-152221 |
|
3-метилпентан |
86 |
0,05 |
172,8 |
2,01 |
-50400 |
-101264 |
|
толуол |
92 |
3,16 |
10713,1 |
116,45 |
5960 |
694021 |
|
гептен-1 |
98 |
0,39 |
1324,7 |
13,52 |
-24130 |
-326182 |
|
алканы С7, в т.ч.: |
|||||||
гептан |
100 |
0,03 |
115,2 |
1,15 |
-55330 |
-63737 |
|
3-метилгексан |
100 |
0,03 |
115,2 |
1,15 |
-56400 |
-64970 |
|
2-метилгексан |
100 |
0,02 |
57,6 |
0,58 |
-57040 |
-32853 |
|
о-ксилол |
106 |
0,43 |
1439,9 |
13,58 |
-2930 |
-39802 |
|
п-ксилол |
106 |
0,65 |
2188,7 |
20,65 |
-3800 |
-78463 |
|
м-ксилол |
106 |
0,36 |
1209,5 |
11,41 |
-3780 |
-43133 |
|
этилбензол |
106 |
0,09 |
288,0 |
2,72 |
-160 |
-435 |
|
стирол |
104 |
0,80 |
2707,1 |
26,03 |
29710 |
773336 |
|
октен-1 |
112 |
0,20 |
691,2 |
6,17 |
-30130 |
-185936 |
|
алканы С8, в т.ч.: |
|||||||
октан |
114 |
0,02 |
57,6 |
0,51 |
-61320 |
-30981 |
|
3-метилгептан |
114 |
0,01 |
28,8 |
0,25 |
-62320 |
-15743 |
|
2,3-диметилгексан |
114 |
0,01 |
28,8 |
0,25 |
-64710 |
-16347 |
|
фракция С9, в т.ч.: |
|||||||
ИПБ |
120 |
0,02 |
57,6 |
0,48 |
-7170 |
-3441 |
|
н-пропилбензол |
120 |
0,05 |
172,8 |
1,44 |
-6410 |
-9230 |
|
мезитилен |
120 |
0,03 |
115,2 |
0,96 |
-13250 |
-12719 |
|
п-этилтолуол |
120 |
0,07 |
230,4 |
1,92 |
-9630 |
-18489 |
|
м-этилтолуол |
120 |
0,17 |
576,0 |
4,80 |
-9070 |
-43534 |
|
о-этилтолуол |
120 |
0,41 |
1382,3 |
11,52 |
-7950 |
-91580 |
|
псевдокумол |
120 |
0,12 |
403,2 |
3,36 |
-12560 |
-42200 |
|
L-метилстирол |
118 |
0,43 |
1439,9 |
12,20 |
20000 |
244056 |
|
дициклопентадиен |
104 |
0,17 |
576,0 |
5,54 |
48300 |
267495 |
|
п-винилтолуол |
118 |
0,09 |
288,0 |
2,44 |
20400 |
49787 |
|
м-винилтолуол |
118 |
0,05 |
172,8 |
1,46 |
20600 |
30165 |
|
о-винилтолуол |
118 |
0,05 |
172,8 |
1,46 |
21300 |
31190 |
|
120 |
0,03 |
115,2 |
0,96 |
-11680 |
-11212 |
||
b-метилстирол-транс |
118 |
0,17 |
576,0 |
4,88 |
21270 |
103821 |
|
инден |
116 |
0,02 |
57,6 |
0,50 |
71330 |
35417 |
|
нафталин |
128 |
0,05 |
172,8 |
1,35 |
30260 |
40849 |
|
нонан |
128 |
0,03 |
115,2 |
0,90 |
-67230 |
-60504 |
|
2,6-диметилгептан |
128 |
0,02 |
57,6 |
0,45 |
-70510 |
-31728 |
|
нонен-1 |
126 |
0,02 |
57,6 |
0,46 |
-36120 |
-16511 |
|
тяжелые, в т.ч.: |
|||||||
L-метилнафталин |
142 |
0,22 |
753,5 |
5,31 |
21610 |
114671 |
|
b-метилнафталин |
142 |
1,08 |
3644,2 |
25,66 |
21130 |
542268 |
|
1,2-диметилнафталин |
156 |
0,20 |
662,7 |
4,25 |
12930 |
54928 |
|
алкилнафталины |
156 |
1,34 |
4548,1 |
29,15 |
12010 |
350149 |
|
бифенил |
154 |
0,52 |
1776,7 |
11,54 |
36860 |
425255 |
|
фенантрен |
178 |
0,25 |
843,0 |
4,74 |
137370 |
650541 |
|
флуорен |
166 |
0,34 |
1143,8 |
6,89 |
114340 |
787852 |
|
антрацен |
178 |
0,05 |
180,2 |
1,01 |
134730 |
136429 |
|
Итого: |
271733 |
-49742927 |
5. Расчёт трубчатого реактора пиролиза
5.1 Расчёт процесса горения [6, 7, 8]
Таблица 8. Состав топлива
компоненты |
молекулярная масса |
объемная доля |
М*r |
q, %масс. |
|
СН4 |
16,00 |
25,99 |
4,15 |
73,75 |
|
Н2 |
2,00 |
74,01 |
1,48 |
26,25 |
|
Итого: |
Mср=11,8 |
100 |
5,63 |
100 |
Низшая теплота сгорания топлива:
где CH4 и H2 - содержание соответствующих компонентов в топливе, %об.
Плотность газа при нормальных условиях:
Массовая теплота сгорания:
Элементный состав топлива:
Содержание углерода:
Содержание водорода:
где mi - число атомов водорода в данном компоненте топлива; Mi - молекулярная масса.
Проверка: С + Н = 55,31 + 44,69 = 100 %масс.
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг газа:
Коэффициент избытка воздуха для газовых горелок акустического типа (АГГ) составляет 1,05 - 1,08. Принимаем k = 1,08. Тогда действительное количество воздуха:
Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:
Суммарное количество продуктов сгорания:
?mi = 2,03+4,02+0,4+18,27 = 24,72 кг/кг
Проверка:
Найдем объёмное количество продуктов сгорания (в м3) на 1 кг топлива (при нормальных условиях):
Суммарный объём продуктов сгорания:
УVi = 1,03+5+0,28+14,62 = 20,93 м3/кг
Плотность продуктов сгорания при н.у.(273 К и 0,1•106Па):
Определим энтальпию продуктов сгорания на 1кг топлива при различных температурах по уравнению:
qT = (T - 273) • ( )
где Т - температура продуктов сгорания, К; Ci - средняя массовая теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кг.
Таблица 9. Средние массовые теплоемкости газов при постоянном давлении
Компонент |
300 К |
500 К |
700 К |
1100 К |
1500 К |
1900 К |
|
СО2 |
0,8286 |
0,9207 |
0,9906 |
1,0902 |
1,1564 |
1,2020 |
|
H2О |
1,8632 |
1,9004 |
1,9557 |
2,0847 |
2,2195 |
2,3417 |
|
O2 |
0,9196 |
0,9391 |
0,9688 |
1,0182 |
1,0530 |
1,0789 |
|
N2 |
1,0308 |
1,0362 |
1,0500 |
1,0886 |
1,1297 |
1,1581 |
Таблица 10. Результаты расчёта
T, K |
300 |
500 |
700 |
1100 |
1500 |
1900 |
|
qT,кДж/кг |
766 |
6541 |
12573 |
25546 |
39670 |
54413 |
Рисунок 2. График зависимости энтальпия - температура
6. Полезная тепловая нагрузка печи
Таблица 11. Определение молекулярной массы бензина
компоненты |
содержание Х1, %масс. |
молекулярная масса М |
количество Gi, кг/ч |
Ni, кмоль/ч |
мольная доля, yi |
yi*M |
|
бутан |
0,61 |
58 |
2066,72 |
35,63 |
1,03 |
0,60 |
|
пентан |
6,64 |
72 |
22496,78 |
312,46 |
9,05 |
6,52 |
|
гексан |
8,69 |
86 |
29442,32 |
342,35 |
9,91 |
8,53 |
|
гептан |
8,72 |
100 |
29543,97 |
295,44 |
8,56 |
8,56 |
|
октан |
6,09 |
114 |
20633,34 |
180,99 |
5,24 |
5,98 |
|
нонан |
2,12 |
128 |
7182,71 |
56,11 |
1,63 |
2,08 |
|
изопентан |
2,57 |
72 |
8707,34 |
120,94 |
3,50 |
2,52 |
|
3-метилпентан |
2,3 |
114 |
7792,56 |
68,36 |
1,98 |
2,26 |
|
2-метилгексан |
6,95 |
114 |
23547,08 |
206,55 |
5,98 |
6,82 |
|
2,3-диметилгексан |
2,8 |
114 |
9486,59 |
83,22 |
2,41 |
2,75 |
|
2-метилоктан |
2,75 |
128 |
9317,19 |
72,79 |
2,11 |
2,70 |
|
2-метилгептан |
3,34 |
114 |
11316,15 |
99,26 |
2,87 |
3,28 |
|
2,3-диметилгептан |
3,61 |
128 |
12230,93 |
95,55 |
2,77 |
3,54 |
|
циклопентан |
1,32 |
70 |
4472,25 |
63,89 |
1,85 |
1,30 |
|
метилциклопентан |
6,23 |
84 |
21107,67 |
251,28 |
7,28 |
6,11 |
|
1,2-диметилциклопентан |
5,08 |
98 |
17211,39 |
175,63 |
5,09 |
4,98 |
|
1,1,3-триметилциклопентан |
5,84 |
112 |
19786,33 |
176,66 |
5,12 |
5,73 |
|
циклогексан |
3,08 |
84 |
10435,25 |
124,23 |
3,60 |
3,02 |
|
метилциклогексан |
7,34 |
98 |
24868,43 |
253,76 |
7,35 |
7,20 |
|
этилциклогексан |
1,96 |
112 |
6640,62 |
59,29 |
1,72 |
1,92 |
|
1,3-диметилциклогексан |
3,89 |
112 |
13179,59 |
117,67 |
3,41 |
3,82 |
|
1-метил,4-этилциклогексан |
1,87 |
126 |
6335,69 |
50,28 |
1,46 |
1,83 |
|
бензол |
0,31 |
78 |
1050,30 |
13,47 |
0,39 |
0,30 |
|
метилбензол |
1,83 |
92 |
6200,17 |
67,39 |
1,95 |
1,80 |
|
этилбензол |
0,98 |
106 |
3320,31 |
31,32 |
0,91 |
0,96 |
|
1,4-диметилбензол |
3,08 |
106 |
10435,25 |
98,45 |
2,85 |
3,02 |
|
Итого: |
100 |
3452,99 |
100,00 |
98,12 |
6.1 Расход тепла на реакцию пиролиза
6.2 Расход тепла на подогрев бензина
от 100?С (373 К) до 175?С (448 К)
где и - энтальпии бензина при соответствующих температурах
6.3 Расход тепла на испарение бензина:
6.4 Расход тепла на подогрев паробензиновой смеси:
от 175?С (448 К) до 507?С (780 К)
6.5 Расход тепла на подогрев парогазовой смеси:
от 507?С (780 К) до 835?С (1108 К)
6.6 Расход тепла на подогрев химически очищенной воды: [10]
для ЗИА от 120?С (393 К) до 180?С (453 К)
Полезное тепло печи:
Количество радиантного тепла печи:
[6, 8, 9]
7. Расчёт радиантной камеры
7.1 КПД печи, расход топлива: [7]
Потери тепла печью в окружающую среду примем равными 7% от рабочей теплоты сгорания топлива , в том числе, в камере радиации 5%, в камере конвекции 2%.
Примем температуру уходящих из печи дымовых газов Тух = 528 К, тогда по графику q-Т [рисунок 2], найдем их энтальпию: qух = 7595 кДж/кг.
Расход топлива:
7.2 Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру
Из уравнения теплового баланса топки:
где - КПД топки, равный 1 - 0,05 = 0,95
Энтальпия уходящих из нее дымовых газов:
По графику зависимости q-Т этой энтальпии соответствует температура Тп = 782 К (509?С).
7.3 Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации
Поверхность нагрева радиантных труб:
где - теплонапряжение радиантных труб, принимаем 80 кВт/м2
Выбираем змеевик:
Он состоит из 10 труб. Первые 4-ре трубы с диаметром D = 658 мм объединены в два D = 1149 мм, и эти две в одну трубу D = 1599,5 мм. Труб большего диаметра в змеевике четыре.
Длина прямого участка трубы 12,2 м, общая длина 13 м.
Общая длина змеевика 78 м.
Материал всех труб НК-40 (25% Cu, 20% Ni, 0,35-0,45% C). Предельно допустимая температура стенки труб 104?С. Трубы изготовлены методом центробежного литья. Поверхность нагрева конвекционных змеевиков 2952 м2, радиантных - 206 м2. [11]
Поверхность нагрева одного змеевика:
Число параллельных потоков сырья в печи (для одной камеры) или число змеевиков:
принимаем n = 1
Шаг размещения труб:
Число труб в одной камере радиации:
Высота радиантной камеры:
Ширина радиантной камеры:
где am - расстояние от излучающих стен до трубного экрана, принимаем am = 1,0
Длина радиантной камеры:
где - расстояние от крайних труб до стен топки, принимаем
Объем камеры радиации:
Теплонапряжение топочного объема печи:
Для обеспечения равномерного обогрева каждой трубы экрана по окружности и по длине, принимаем для проектируемой печи, газовые горелки акустического типа. Устанавливаем 24 горелки типа АГГ-2 по 12 штук в обеих боковых стенах радиантной камеры, в три яруса по 4-ре штуки в каждой.
Характеристика АГГ-2:
Тепловая мощность 160 - 500 кДж/ч
Диапазон расхода топлива 50 - 150 м3/ч
Коэффициент избытка воздуха 1,05 - 1,08
Позволяют использовать газ смешанного состава.
7.4 Кинетический расчёт радиантной части змеевика реактора
Часть рабочей поверхности нагрева, приходящаяся на зону реакции в змеевике:
На зону реакции приходится:
Объем зоны реакции:
Коэффициент увеличения объема газообразной реакционной смеси в результате реакции:
Весовое соотношение водяного пара и углеводородов в сырье z = 0,5
Объем паров бензина, подаваемого в реактор:
где V1 - количество бензина, проходящее через один змеевик в одной камере печи в 1 час
Температура на выходе из зоны реакции 835?С
Среднее абсолютное давление в зоне реакции змеевика Р = 3 атм. [6]
7.5 Расчёт времени пребывания парогазовой смеси в зоне реакции [6, 7]
Массовая скорость парогазовой смеси в трубах:
D = 0,1590,0095 м
Площадь поверхности нагрева трубы:
D = 0,1590,0095 м
На основании литературных данных перепад давления ДРр в реакционном змеевике составляет 245*103 - 343*103 Па.
Принимаем ДРр = 335*103 Па
Давление на выходе из реактора Рк = 160*103 Па
Давление в начале змеевика:
На зону реакции приходится 3 трубы D = 0,1590,0095 м и 7,3 м от 4-ой трубы D = 0,1590,0095 м
Плотность парогазовой смеси в начале зоны реакции при н.у.:
где:
При Т = 973 К и Р = 270*103 Па:
Плотность парогазовой смеси в конце реакционной зоны (Т = 1108 К, Р = 160*103 Па):
Линейная скорость парогазовой смеси:
В начале зоны реакции
В конце зоны реакции:
Средняя скорость:
Длина зоны реакции:
Время контакта:
Объем зоны реакции:
Число требуемых труб в зоне реакции змеевика
Объем трубы (D = 0,1590,0095 м):
Следовательно, на зону реакции приходится 3 трубы D = 0,1590,0095 м.
8. Расчёт камеры конвекции
Тепловая нагрузка камеры конвекции:
Тепло Qk расходуется на:
? подогрев бензина от 100?С до 175 ?С
? испарение бензина
? подогрев паробензиновой смеси от 175?С до 507?С
? подогрев химически очищенной воды для ЗИА от 120?С до 180?С
В камере конвекции имеются три змеевика, расположенных снизу вверх:
? змеевик для нагрева паробензиновой смеси от 175?С до 507?С
? змеевик для нагрева химически очищенной воды для ЗИА от 120?С до 180?С
? змеевик для нагрева и испарения бензина
8.1 Змеевик для нагрева паробензиновой смеси от 175?С до 507?С
Расчет конечной температуры дымовых газов t1:
Поверхность нагрева конвекционных труб:
Коэффициент теплопередачи в конвекционной камере:
Коэффициент теплоотдачи излучением от 3-х атомных газов к трубам рассчитываются по уравнению Нельсона:
Средняя температура дымовых газов:
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при шахматном расположении труб:
E = f (tср), по графику находим E = 23,2
Массовая скорость движения газов:
где В - расход топлива, кг/ч
Свободное сечение для прохода дымовых газов:
Принимаем число труб в одном горизонтальном ряду п = 8
Размер труб D = 0,1020,006 м из стали 1218HT
Расстояние между осями труб S1 = 2d = 0,25 м
Расстояние по оси крайней трубы до стенки:
Длина трубы = 9 м
тогда:
тогда:
Число труб:
? принимаем 362 труб
Число рядов:
Высота зоны нагрева:
Ширина камеры конвекции:
8.2 Змеевик для химически очищенной воды
Поверхность нагрева конвекционных труб:
Средняя температура дымовых газов:
Е = f (tср), по графику находим Е = 22
Выбираем трубы D = 0,0790,009 м сталь 20
Принимаем число труб в одном горизонтальном ряду п = 12
Расстоянием между осями труб S1 = 2d = 0,16 м
Расстояние по оси крайней трубы до стенки:
Длина трубы = 9 м
тогда:
Средний температурный напор:
Поверхность нагрева:
Число труб:
? принимаем 90 труб
Число рядов:
Высота зоны нагрева:
8.3 Змеевик для нагрева и испарения от 100?С до 175?С бензиновой фракции
Средняя температура дымовых газов:
Е = f (tср), по графику находим Е = 19,3
Выбираем трубы D = 0,1020,006 м сталь 1218HT
Принимаем число труб в одном горизонтальном ряду п = 8
Расстояние между осями труб S1 = 2d = 0,25 м
Расстояние по оси крайней трубы до стенки:
Длина трубы = 9 м
тогда:
Средний температурный напор:
Поверхность нагрева:
Число труб:
? принимаем 170 труб
Число рядов:
Высота зоны нагрева:
Общая высота камеры конвекции:
9. Расчёт закалочно-испарительного аппарата (ЗИА)
Расчет для одной камеры печи.
По литературным данным принимаем: [11]
Массовую скорость паров пирогаза на входе в ЗИА: W = 60 кг/(м2*с)
Размер трубы ф 323,5 мм
Секундный расход паров:
где Gмб - количество пирогаза по материальному балансу, кг
Площадь свободного сечения всех трубок:
Площадь свободного сечения одной трубки:
Количество труб в трубном пучке:
Тепловая нагрузка ЗИА:
Таблица 12. Расчет энтальпии парогазовой смеси на входе и выходе:
Компоненты |
Содержание, %масс. |
q при 633 К, ккал/кг |
q*xi/100 |
q при 1108 К, ккал/кг |
q*xi/100 |
|
Продукты пиролиза |
||||||
водород |
0,4 |
2180,7 |
8,6 |
3875,42 |
15,2 |
|
метан |
17,5 |
374 |
65,5 |
841,75 |
147,4 |
|
ацетилен |
0,2 |
253,5 |
0,5 |
532,3 |
1,1 |
|
этилен |
29,3 |
252 |
73,9 |
616,5 |
180,7 |
|
этан |
2,3 |
292 |
6,8 |
718 |
16,8 |
|
пропан |
0,7 |
272,8 |
1,9 |
688,8 |
4,8 |
|
бутен |
4,4 |
247,6 |
10,9 |
615 |
27,1 |
|
бутан |
3,5 |
272 |
9,5 |
681,8 |
23,9 |
|
жидкие продукты, в т.ч.: |
||||||
легкие, в т.ч.: |
||||||
фр. С5, в т.ч.: |
||||||
изопентан |
0,32 |
264,4 |
0,9 |
672,9 |
2,2 |
|
циклопентан |
0,07 |
209,7 |
0,1 |
580,3 |
0,4 |
|
2-метилбутен-1 |
0,14 |
251 |
0,3 |
624,8 |
0,8 |
|
пентен-1 |
0,09 |
252 |
0,2 |
623,9 |
0,5 |
|
пентен-2транс |
0,07 |
246,8 |
0,2 |
615,6 |
0,4 |
|
пентен-2цис |
0,03 |
240 |
0,1 |
607,7 |
0,2 |
|
2-метилбутен-2 |
0,05 |
240,4 |
0,1 |
607 |
0,3 |
|
изопрен |
0,46 |
238,2 |
1,1 |
584,1 |
2,7 |
|
циклопентадиен |
0,77 |
243,1 |
1,9 |
585,6 |
4,5 |
|
пентадиен-1,3транс |
0,17 |
236,9 |
0,4 |
580,8 |
1,0 |
|
пентадиен-1,3цис |
0,10 |
226,7 |
0,2 |
566,2 |
0,6 |
|
пентадиен-1,4 |
0,03 |
243,1 |
0,1 |
585,6 |
0,2 |
|
бензол |
5,10 |
174,3 |
8,9 |
457,8 |
23,3 |
|
олефины С6 в тч: |
||||||
гексен-1 |
0,17 |
252,6 |
0,4 |
627,2 |
1,1 |
|
гексен-2цис |
0,19 |
244,6 |
0,5 |
522,6 |
1,0 |
|
гексен-2транс |
0,19 |
250,6 |
0,5 |
529,8 |
1,0 |
|
гексен-3транс |
0,19 |
249,8 |
0,5 |
529,8 |
1,0 |
|
циклогексен |
0,17 |
212,8 |
0,4 |
569,5 |
1,0 |
|
2-метилпентен-2 |
0,19 |
242,2 |
0,5 |
520,2 |
1,0 |
|
алканы С6 в тч: |
||||||
гексан |
0,10 |
266,7 |
0,3 |
669,7 |
0,7 |
|
2-метилпентан |
0,03 |
262,7 |
0,1 |
566,3 |
0,2 |
|
2,2-диметилбутан |
0,05 |
260,5 |
0,1 |
565,1 |
0,3 |
|
циклогексан |
0,10 |
217,8 |
0,2 |
610,1 |
0,6 |
|
3-метилпентан |
0,05 |
266,6 |
0,1 |
567,4 |
0,3 |
|
толуол |
3,16 |
184,3 |
5,8 |
481,8 |
15,2 |
|
гептен-1 |
0,39 |
253 |
1,0 |
629,7 |
2,5 |
|
алканы С7 в тч: |
||||||
гептан |
0,03 |
265,3 |
0,1 |
666,3 |
0,2 |
|
3-метилгексан |
0,03 |
262,2 |
0,1 |
564 |
0,2 |
|
2-метилгексан |
0,02 |
262,2 |
0,0 |
567 |
0,1 |
|
о-ксилол |
0,43 |
198,2 |
0,8 |
507,2 |
2,2 |
|
п-ксилол |
0,65 |
192,6 |
1,2 |
499,9 |
3,2 |
|
м-ксилол |
0,36 |
193,3 |
0,7 |
629,6 |
2,2 |
|
этилбензол |
0,09 |
195,9 |
0,2 |
467,1 |
0,4 |
|
стирол |
0,80 |
186,3 |
1,5 |
475,5 |
3,8 |
|
октен-1 |
0,20 |
253,5 |
0,5 |
643,2 |
1,3 |
|
алканы С8 в тч: |
||||||
октан |
0,02 |
264,2 |
0,0 |
663,6 |
0,1 |
|
3-метилгептан |
0,01 |
261,1 |
0,0 |
564,9 |
0,0 |
|
2,3-диметилгексан |
0,01 |
266,9 |
0,0 |
569,3 |
0,0 |
|
фр.С9 в тч: |
||||||
ИПБ |
0,02 |
202 |
0,0 |
522,9 |
0,1 |
|
н-пропилбензол |
0,05 |
204,9 |
0,1 |
524,5 |
0,3 |
|
мезитилен |
0,03 |
198,8 |
0,1 |
513,8 |
0,2 |
|
п-этилтолуол |
0,07 |
193,8 |
0,1 |
492,2 |
0,3 |
|
м-этилтолуол |
0,17 |
193,8 |
0,3 |
492,2 |
0,8 |
|
о-этилтолуол |
0,41 |
193,8 |
0,8 |
492,2 |
2,0 |
|
псевдокумол |
0,12 |
205,2 |
0,2 |
517 |
0,6 |
|
L-метилстирол |
0,43 |
193,8 |
0,8 |
493,9 |
2,1 |
|
дициклопентадиен |
0,17 |
192,1 |
0,3 |
491 |
0,8 |
|
п-винилтолуол |
0,09 |
193,8 |
0,2 |
492,2 |
0,4 |
|
м-винилтолуол |
0,05 |
193,8 |
0,1 |
492,2 |
0,3 |
|
о-винилтолуол |
0,05 |
193,8 |
0,1 |
492,2 |
0,3 |
|
0,03 |
105 |
0,0 |
516,1 |
0,2 |
||
b-метилстирол-транс |
0,17 |
194 |
0,3 |
493,9 |
0,8 |
|
инден |
0,02 |
192 |
0,0 |
491 |
0,1 |
|
нафталин |
0,05 |
197,6 |
0,1 |
439,2 |
0,2 |
|
нонан |
0,03 |
263,3 |
0,1 |
661,5 |
0,2 |
|
2,6-диметилгептан |
0,02 |
263,3 |
0,0 |
661,5 |
0,1 |
|
нонен-1 |
0,02 |
253,8 |
0,0 |
633,1 |
0,1 |
|
тяжелые в тч: |
||||||
L-метилнафталин |
0,22 |
176,5 |
0,4 |
461 |
1,0 |
|
b-метилнафталин |
1,08 |
176,3 |
1,9 |
459,6 |
4,9 |
|
1,2-диметилнафталин |
0,20 |
183,6 |
0,4 |
477,6 |
0,9 |
|
алкилнафталины |
1,34 |
183,6 |
2,5 |
477,6 |
6,4 |
|
бифенил |
0,52 |
182 |
1,0 |
475,2 |
2,5 |
|
фенантрен |
0,25 |
183,1 |
0,5 |
321,5 |
0,8 |
|
флуорен |
0,34 |
138 |
0,5 |
365 |
1,2 |
|
антрацен |
0,05 |
181 |
0,1 |
360 |
0,2 |
|
Итого: |
218,6 |
521,7 |
Количество водяного пара высокого давления, вырабатываемого ЗИА:
где теплота парообразования при Т = 324,5?С и P = 12 МПа, r = 1167,8 кДж/кг [8]
Количество котловой воды для получения водяного пара высокого пара:
Средний температурный напор: [7]
Коэффициент теплопередачи:
где толщина стенки = 0,0035 м
Коэффициент теплопроводности стали рcm = 38 Вт/(м*К)
Коэффициент теплоотдачи от пирогаза к внутренней поверхности трубы:
Средняя температура пирогаза в ЗИА:
Принимаем критерий Pr = 0,87
Плотность пирогаза при н.у.: с = 1,14 кг/м3
Скорость пирогаза:
Критерий Рейнольдса:
С целью некоторого упрощения расчета кинематическую вязкость паров пирогаза принимаем равной н = 3,4*10-5 м2/с.
Теплопроводность пирогаза:
где давление генерируемого пара рn = 12 МПа, а теплонапряженность принимаем q = 370,2
Коэффициент теплопередачи при отсутствии оребрения и чистых поверхностях труб:
Необходимая поверхность теплообмена:
Сравниваем с каталогом: [13]
Таблица 13.Конструкционные данные
Наименование величины |
Обозначение |
Значение |
|
Внутренний диаметр кожуха |
600 |
||
Наружный диаметр труб |
25 |
||
Площадь проходного сечения одного хода по трубам |
0,089 |
||
Площадь проходного сечения в вырезе перегородки |
0,040 |
||
Площадь проходного сечения между перегородками |
0,053 |
||
Площадь поверхности теплообмена |
40 |
||
Длина труб |
2000 |
||
Число ходов по трубам |
1 |
Список литературы
1. Статья в интернете: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3353.html
. Торховский В.Н., Николаев А.И., Бухаркин А.К. «Пиролиз углеводородного сырья». Москва, 2004. - 68 с.
3. Статья в интернете: http://ru.wikipedia.org/wiki/
. Масальский К.Е., Годик В.М. Пиролизные установки. М., «Химия», 1968 - стр.90.
. А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. Газохимия. Часть II. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004 - 242 с.
. Григорьева Н.А., Жагфаров Ф.Г. Пиролиз углеводородного сырья. Методические указания по выполнению курсового проектирования. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006 - 32 с.
. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2 -е, пер. и доп. Л., «Химия», 1974 - 344 с.
. Осинина О.Г. Определение физико-химических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов. М: МИНГ, 1986, Ч 1, 2.
. Масальский К.Е., Годик В.М. Пиролизные установки (проектирование и эксплуатация), М., Изд. «Химия», 1968 - 144 с.
. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, М., «Наука», 1972 - 720 с.
. Богаров Ю.Н., Масальский К.Е., Гершова И.Ш. Конструктивное оформление печей пиролиза, М., ИНИИТЭ нефтехимия, 1972 - 44 с.
. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий, М. Высшая школа, 1974 - 288 с.
. Калинин А.Ф. Расчет и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата: Методические указания по курсовому проектированию. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 82 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сырьё, условия проведения и химизм процесса пиролиза, особенности технологического оформления. Расчёт материального баланса и теплового эффекта процесса пиролиза. Расчёт трубчатого реактора пиролиза, камеры конвекции и закалочно-испарительного аппарата.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.10.2013Теоретические основы проведения процесса пиролиза в трубчатых печах, его модификация. Расчет материального и теплового балансов, основного и вспомогательного оборудования трубчатой печи, закалочно-испарительного аппарата и выбор средств контроля.
дипломная работа [557,2 K], добавлен 21.06.2010Расчет процесса горения в трубчатой печи пиролиза углеводородов. Конструктивная схема печи. Поверочный расчет радиантной и конвективной камеры. Гидравлический и аэродинамический расчеты. Определение теоретического и практического расхода окислителя.
курсовая работа [460,1 K], добавлен 13.05.2011Пиролиз нефтяного сырья как термодеструктивный процесс, предназначенный для получения низших олефинов. Знакомство с особенностями и проблемами проектирования трубчатого реактора пиролиза пропановой фракции. Рассмотрение принципа действия трубчатых печей.
дипломная работа [865,3 K], добавлен 29.05.2015Технологическая схема установки пиролиза нефтяного сырья; проект трубчатого реактора радиантного типа. Расчет процесса горения: тепловая нагрузка печи, расход топлива; определение температуры дымовых газов; поверхность нагрева реакционного змеевика.
курсовая работа [927,6 K], добавлен 25.10.2012Понятие пиролиза как превращения органических соединений в результате их деструкции под действием высокой температуры. Пиролиз углеводородов, выход основных продуктов. Конструкция печей, сырьевая база. Особенности пиролиза древесины и угля, копчение.
реферат [51,9 K], добавлен 26.11.2012Технологическая схема паро-углекислотного пиролиза углеводородного сырья и производственные связи установки получения водорода. Характеристика автоматизации производства и системы управления для снижения себестоимости и повышения качества Синтез-Газа.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 26.11.2010Пиролиз дихлорэтана в печах R-501 А, В, С. Инициирование цепи. Развитие и рост цепи. Обрыв цепи. Состав дихлорэтана. Давление дихлорэтана на входе в печь пиролиза. Закалка продуктов пиролиза. Технологическая схема установки. Колонна закалки С-501А.
курсовая работа [77,2 K], добавлен 29.07.2008Выполнение расчетов материального баланса горения топлива, теплового баланса и теплообмена рабочей камеры, определение продолжительности термической обработки стальных изделий (путем малоокислительного нагрева) и производительности камерной печи.
курсовая работа [182,2 K], добавлен 18.04.2010Полукокс - основной продукт процесса низкотемпературного пиролиза. Полукоксование - процесс термической переработки твердого топлива (каменного угля, бурого угля, сланцев) без доступа воздуха. Факторы, влияющие на выход, качество продуктов полукоксования.
реферат [23,9 K], добавлен 03.04.2013