Сегодня одним из главных процессов в нефтехимии является пиролиз — способ получения ненасыщенных и ароматических углеводородов из нефтяного сырья. Данный процесс происходит при температурах 700- 1000°С, при которых осуществляется нефтепродуктов на отдельные фракции. Следовательно, данный процесс позволяет обеспечить химическую промышленность различным углеводородным сырьем.
Кроме того, пиролиз нефти является отличным способом борьбы в случаях разлива нефти и нефтяного шлама. В данных случаях образуется достаточно большое количество мусора, загрязненного нефтью и нефтепродуктами.
И путем пиролиза можно максимально быстро и безопасно избавиться от подобного рода загрязнений, поскольку пиролиз мусора, содержащего нефть, является абсолютно безопасным с экологической точки зрения. Кроме того, в результате данного процесса можно получить энергию и вещества, которые можно использовать в химической промышленности. Рассмотрим, как происходит технология и процесс пиролиза нефти более подробно.
Основным назначением процесса пиролиза нефти и нефтепродуктов, являющегося наиболее жесткой формой термического крекинга — является получение непредельных газообразных водородов, в первую очередь этилена и пропилена. Именно по этой причине пиролизные установки в нефтепереработке часто называют этиленовыми установками.
2. Продукты пиролиза и их состав. Первичные, вторичные реакции пиролиза. Тепловой эффект
В настоящее время пиролиз углеводородов является основным источником не только производства олефинов — этилена и пропилена, но и бутадиена, бутиленов, бензола, ксилолов, циклопентадиена, циклопентена, изопрена, стирола, нафталина, нефтеполимерных смол, сырья для производства технического углерода, растворителей, специальных масел.
В бензиновой фракции пиролиза присутствует до 30% (масс.) бензола, 6-7% толуола, 2-2,5 % ксилолов, около 1 % стирола. Фракция С5, содержит до 30% циклопентадиена, включая димеры, и около 10% изопрена. Тяжелая смола (температура кипения >200єС) имеет в своем составе нафталин и его гомологи, а также небольшое количество тетралина и конденсированных ароматических углеводородов. Кроме того, смола пиролиза содержит некоторое количест во неароматических углеводородов, включая олефины и диены. пиролиз тепловой коксообразование сорбция
Получение ряда химических продуктов из смолы пиролиза успешно конкурирует с традиционными процессами их производства. Так, себестоимость бензола в 1,3 — 1,5 раза ниже, чем в каталитическом риформинге. За счет этого себестоимость этилена также снижается (на 20 — 30 %).
Введение пиролиз углеводородов
... и 39 % бензола приходится на пиролиз углеводородов. 1.2. Условия проведения и химизм процесса В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800—900 °C ... дополнительно повысило эффективность процесса. Современное производство этилена включает следующие узлы: непосредственно сам пиролиз, первичное фракционирование и разделение продуктов пиролиза, компримирование, осушка, ...
Основным сырьем процесса пиролиза являются этан, пропан, бутаны, содержащиеся в попутных и в нефтезаводских газах, газовые бензины и бензины прямой перегонки нефти, а также рафинат каталитического риформинга, остающийся после удаления ароматических углеводородов из катализата. В последнее время в связи с дефицитом и высокой стоимостью бензиновых фракций в качестве сырья пиролиза применяют также средние и тяжелые нефтяные фракции и даже сырую нефть.
Теоретические основы процесса пиролиза. Производство низших олефинов основано на термическом разложении углеводородного сырья с последующим низкотемпературным разделением полученных продуктов. Все реакции, протекающие при пиролизе, можно разделить на первичные и вторичные.
Основная первичная реакция — разложение исходного углеводорода с образованием водорода, низших алканов, этилена, пропилена и других олефинов. К вторичным — нежелательным реакциям относятся:
- дальнейшее разложение образовавшихся олефинов;
- гидрирование и дегидрирование олефинов с образованием парафинов, диенов, ацетилена и его производных;
- конденсация отдельных молекул с образованием более высокомолекулярных углеводородов, а также более стабильных структур (ароматических углеводородов, циклодиенов и др.).
Все эти реакции при пиролизе протекают одновременно, поэтому особенно важным становится создание таких условий, при которых вторичные реакции были бы сведены к минимуму.
3. Основные технологические параметры, влияющие на пиролиз
Пиролиз проводят в обогреваемом реакторе (пирозмеевике) в неизотермич. режиме, обычно с монотонным повышением т-ры по длине потока. Осн. факторы, влияющие на результаты пиролиза-т-ра реактора, время пребывания сырья в реакц. зоне и концентрация разбавителя — водяного пара.
Поскольку выход продуктов пиролиза в значит. степени определяется профилем т-ры по длине реактора, процесс обычно характеризуют т-рой на выходе из пирозмеевика t (т. наз. макс. т-рой) или эквивалентной т-рой tэ(т-рой изотермич. реактора, в к-ром получают те же результаты, что и в неизотермическом).
Иногда используют и т. наз. фактор профиля т-ры по длине реактора (f) — отношение перепада т-ры в последней трети длины реактора к ее перепаду по всей длине реактора.
Время пребывания сырья в реакц. зоне (время контакта) т обычно характеризует производительность процесса пиролиза. В пром. условиях его определяют как отношение среднего объема потока к объему реакц. зоны пирозмеевика; при этом приходится учитывать и изменение объема при протекании р-ций. С увеличением т выход H2, CH4, бензола и кокса возрастает, выход пирогаза и низших олефинов проходит через максимум. Для обеспечения высоких выходов низших олефинов необходимо определенное сочетание t, т и f (рис. 1 и табл. 4).
В пром-сти обычно используют ряд факторов, характеризующих режим процесса («жесткость»), напр. фактор Линдена, равный (t·т)0,06, или соотношения кол-в (H2 + CH4)/C2H4 и C3H6/C2H4. Рост т-ры и соответствующее снижение времени контакта способствуют повышению скорости протекания целевых р-ций и улучшают конечные результаты пиролиза.
Вблизи внутр. стенки пирозмеевика вследствие более высокой т-ры стенки и более низкой скорости потока вдоль нее значения t и т обычно больше, чем в осн. объеме, что способствует протеканию в пристенном слое вторичных процессов и образованию коксовых отложений, снижающих выход целевых продуктов.
Пиролиз углеводородного сырья
... дипломный проект посвящен расчету процесса термического пиролиза углеводородного сырья ... 9. При производстве работ, связанных с образованием ... -во, т/год Кокс Бочки 1 раз ... пиролиза бензина и углеводородных фракций. В технологической части составлен материальный и тепловой балансы отделения пиролиза, произведен расчет основного и вспомогательного оборудования для суммарной производительности по олефинам ...
Подачу водяного пара в пирозмеевик осуществляют для снижения парциального давления углеводородов и уменьшения скорости вторичных процессов. Увеличение концентрации водяного пара в потоке приводит к увеличению выхода этилена, бутенов, бутадиена и снижению выхода ароматич. углеводородов. Введение пара требует дополнит. энергетич. затрат и поэтому ограничивается определенными оптим. интервалами.
4. Борьба с коксообразованием и коксоотложениями
Основными путями снижения отложения кокса в реакто-рах пиролиза являются следующие:
- уменьшение парциального давления пиролизуемого сырья за счет разбавления сырья водяным паром;
- механическая обработка внутренней поверхности центробежнолитых труб змеевика печи и создание на поверхности защитных пленок;
- применение различных добавок — ингибиторов коксообразования.
Одним из факторов, влияющих на скорость коксообразования, является химический состав материала реактора пиролиза. К материалам, способствующим снижению отложений кокса, относятся оксид хрома, соединения кремния, алюминия, титана и ниобия. Присутствие в составе материала реактора значительных количеств оксида хрома и кремния является благоприятным. Если в составе материала реактора присутствует кремний (не менее 1 — 2%), на поверхности металла формируется тонкая защитная пленка Fe2SiO4, образующаяся в результате предварительной обработки поверхности паром или добавления пара к сырью пиролиза. Эта пленка может также состоять в основном из висмута с добавлением других металлов или из свинца, вводимых в реактор специальным методами. Материал внутреннего (защитного) слоя при двухслойном изготовлении труб должен содержать не более 1,5% Ni, до 40 % Cr, 2 — 5 % Si, до 5 % В, не более 2 % Mn.
В промышленности находит применение способ защиты от коксоотложения путем добавления в сырье ингибиторов отложения кокса. Одним из распространенных ингибиторов являются серосодержащие соединения, которые используют при пиролизе сырья, не содержащего серы (например, этана).
К таким ингибиторам можно отнести любое соединение серы, разлагающееся при температуре пиролиза с выделением свободной серы или образованием сероводорода (меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, сульфоксилы и др.); не рекомендуется применять термически относительно стойкий тиофен. Оптимальная добавка серы (в составе серосодержащих соединений) к пиролизуемому малосернистому сырью — от 0,01 до 0,10 %, при этом отложение кокса на стенках реактора снижается в 4 — 20 раз. Добавление к сырью пиролиза серы, наряду с образованием на поверхности металла реактора защитной сульфидной пленки, препятствует, как было показано, процессам полимеризации и конденсации промежуточных продуктов пиролиза, также ведущим к образованию кокса. На практике при пиролизе фракций, не содержащих серы или содержащих ее мало (главным образом, этановая фракция), добавляют обычно этилмеркаптан или органический дисульфид в количестве 0,01 — 0,02 % на сырье.
Техногенные продукты как сырье для производства строительных материалов
... Целью данной работы является использование техногенных побочных продуктов промышленности в качестве сырья для производства строительных материалов. Для достижения цели решаются следующие задачи : Анализ ... технология использования доломитовой пыли и гранулированного доменного шлака в качестве сырья для производства строительных материалов, а также методика проведения исследования свойств полученных ...
5. Сорбция. Виды сорбции. Отличие физической сорбции от химической
Сорбция (от лат. sorbeo — поглощаю) — поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твёрдое тело или жидкость — сорбентом.
По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию — концентрирование сорбата наповерхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию — объёмное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента.
В свою очередь, различают два типа адсорбции — физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Физическая адсорбция слабоспецифична, обратима и её тепловой эффект невелик (единицы кДж/моль).
Хемосорбция избирательна, обычно необратима и её теплота составляет от десятков до сотен (хемосорбция кислорода на металлах) кДж/моль.
6. Классификация сырья по происхождению
1) По происхождению сырье делится на промышленное и сельскохозяйственное. Промышленное в свою очередь подразделяется на минеральное (нефть, газ, руды черных и цветных металлов и др.) и искусственное, полученное химическим путем (пластмассы, каучук, волокно и др.).
Сельскохозяйственное сырье, а также сырье и материалы лесной промышленности и рыбной, состоит из двух групп: растительного происхождения (зерновые и технические культуры, древесина, дикорастущие и лекарственные растения) и животного происхождения (мясо, рыба, молоко, птица, сырые кожи, рога, копыта).
2) Сырье и материалы различаются и по характеру “участия” в производственном процессе. Они делятся на основные и вспомогательные. Если сырье и материалы составляют вещественную, материальную основу выпускаемой продукции, то относятся к основным материалам (помидоры при производстве пасты и т.п.).
Если же используются для поддержания орудий труда в работоспособном состоянии (смазочные масла), присоединяются к основному материалу в целях изменения его (краски, химикаты) или способствуют выполнению рабочего процесса (топливо для отопления), то являются вспомогательным.
3) Сырье и материалы классифицируются и по качественным признакам. Так, шерсть — по длине волокна и прочности, сахарная свекла по сахаристости и т.д. Классификация сырья по качественным признакам имеет большое практическое значение, ибо качество сырья предопределяет качество конечной продукции, производительность труда и себестоимость продукции, характер и режим производства.
Сырье и материалы — важнейший элемент производства. Они оказывают существенное влияние на все результаты его деятельности. Затраты на сырье и материалы преобладают в структуре себестоимости перерабатывающих отраслей АПК. Поэтому их экономное использование — основной источник снижения издержек производства и увеличения прибыли.
7. Технико-экономические показатели химико-технологических процессов
Чаще всего основой классификации химико-технологических процессов является способ организации процесса, кратность обработки сырья, вид используемого сырья, тип основной химической реакции. Так, по способу организации ХТП могут быть периодическими, непрерывными и комбинированными. В периодических процессах сырье вводится в реактор определенными порциями и так же дискретно из реактора извлекается целевой продукт после завершения цикла. В непрерывных процессах сырье подается в реактор постоянным потоком. За время пребывания в реакторе оно превращается в целевой продукт, который непрерывно выводится из реактора. Комбинированные процессы могут характеризоваться непрерывным поступлением сырья и периодическим отводом, периодическим поступлением сырья и непрерывным отводом продукта, периодическим поступлением одного из исходных видов сырья и непрерывным — другого и т. д. По кратности обработки сырья различают процессы с разомкнутой (открытой), замкнутой (закрытой) и комбинированной схемами. В процессах с открытой схемой сырье за один цикл пребывания в реакторе превращается в целевой продукт. В процессах с закрытой схемой требуется многократное пребывание сырья в реакторе до того, как оно полностью превратится в конечный продукт . В комбинированных процессах сырье может превращаться в целевой продукт за один цикл, а вспомогательные материалы использоваться многократно. По виду используемого сырья ХТП могут быть разделены на процессы по переработке растительного, животного и минерального сырья. Основу ХТП составляют различные химические реакции: простые и сложные, обратимые и необратимые, гомогенные и гетерогенные, экзотермические и эндотермические. Протекание простых реакций может быть описано с помощью одного уравнения, для описания сложной реакции требуются как минимум два уравнения. К обратимым относятся реакции, протекающие в противоположных направлениях со сравнимыми скоростями. Если же скорость реакции в одном направлении пренебрежимо мала по сравнению со скоростью ее протекания в обратном направлении, реакцию считают необратимой. Гомогенными считаются реакции между веществами, находящимися в одной фазе, гетерогенными — между веществами в различных фазах. По условиям протекания реакции делят на высокотемпературные, протекающие при температуре выше 500 °С; электрохимические, происходящие под действием электрического тока; фотохимические, вызываемые действием света; радиационно-химические, происходящие под действием ионизирующих излучений; каталитические, протекающие с участием катализатора
Экспериментальная установка:
Установка (рисунок 1) состоит из емкости сырья 1, дозатора 2, реактора 3, электропечи 4, сборника жидкого продукта 5, холодильника 6, абсорбера 7, манометра 8, газометра 9, мерного цилиндра 10, газоанализатора 11, хроматографа l2, термопары 14. электромотора дозатора 15, потенциометра 16, автотрансформатора l7, кранов 1к-6к.
Ход работы:
Круглодонную или коническую колбу на 150 мл взвешивают вместе с пробкой, затем герметично соединяют с холодильником 6, собирают всю установку по схеме. Снимают зажимы 3К, 4K открывают кран 7к газометра (другие краны закрыты) и заливают в газометр из верхнего колокола водопроводную воду до верхней красной метки (тем самым газ из газометра вытесняют в атмосферу).
Зажимом 3к закрывают выход в атмосферу и закрывают кран 7к. Проверяют установку на герметичность, для чего пользуясь зажимом 6к, сливают воду (не более 0,5 л) из газометра до поднятия уровня жидкости в манометре до красной метки. Установка считается герметичной, если в манометре в течение 1-2 минут не изменяются уровни жидкости. Далее заливают в емкость 1сырье. Открывают кран 1к, и, отодвигая назад поршень дозатора 2, засасывают 30мл сырья, закрывают кран 1к. Подают воду в холодильники. На потенциометре устанавливают температуру проведения опыта и включают электрообогрев печи. При достижении в реакторе заданной температуры (на щите управления зажигается красная лампочка) начинают подачу сырья: открывают кран 2к и включают электромотор дозатора, фиксируют время начала опыта. В системе поддерживают атмосферное давление за счет слива воды из газометра через зажим 6к в мерный цилиндр. Время начала опыта и отбора очередного объема воды записывают в рабочий журнал. После подачи в реактор заданного количества сырья заканчивают опыт: выключают электрообогрев печи, мотор дозатора и закрывают кран 2к. Через некоторое время после прекращения поступления пирогаза из реактора ‚ снимают приемник 5 и определяют массу смолы (взвешивают, плотно закрыв пробкой).
Задание
Изучить влияние температуры на пиролиз керосина, t опыта 550,600,620,650 ?С. Объем сырья подаваемого в реактор 5 мл, скорость подачи сырья 25 мл/ч.
На основе экспериментальных данных для каждого эксперимента составить материальный баланс процесса.
На основе экспериментальных данных построить следующие графические зависимости: Зависимость расходного коэффициента от температуры, зависимость жесткости пиролиза от температуры пиролиза, зависимость выхода пирогаза от температуры пиролиза, зависимость выхода смолы от температуры пиролиза, зависимость выхода кокса от температуры пиролиза.
8. Расчётная часть
Массу поданного в реактор сырья рассчитывают по формуле:
- где — плотность сырья, г/мл (таб.2);
- V- объем сырья, мл.
Таблица 1
|
Наименование сырья |
Керосин |
|
|
Плотность при 20 г/мл |
0,87 |
|
Расчет содержания отдельных компонентов пирогаза по хроматограмме производят используя формулу:
где
Таблица 2
|
Компонент |
Компонент |
Компонент |
||||
|
метан |
2,36 |
пропилен |
1,37 |
бутилен |
1,03 |
|
|
этан |
1,66 |
изо-бутан |
1,03 |
дивинил |
1,09 |
|
|
этилен |
1,77 |
н-бутан |
1,00 |
0,88 |
||
|
пропен |
1,30 |
пропадиен |
1,10 |
0,70 |
||
Для определения площади пика замеряют высоту Н от базовой линии до вершины и ширину пикаа на расстоянии Н/2 с учетом толщины самой линии. Площадь пика вычисляют по уравнению:
При неполном разделении пиков площадь каждого вычисляют так, как будто они не накладываются друг на друга.
Массу пирогаза вычисляют как сумму масс его компонентов
Где
Где
Опытные и расчетные данные сводят в таблицу материального баланса:
|
Приход |
Расход |
|||||||
|
№ |
Наименование |
Г |
% |
№ |
Наименование |
г |
% |
|
|
1 |
Керосин |
1 |
Пирогаз |
|||||
|
2 |
Смола |
|||||||
|
3 |
Кокс и потери |
|||||||
|
Итого |
Итого |
|||||||
На основе данных материального баланса рассчитывают:
K=G/- Расходных коэффициент по сырью
избирательность процесса
жесткость пиролиза этилена на 100 кг сырья
где -масса сырья, г
- масса пирогаза, г
- масса метана, г
- масса этилена г
г/моль
Получившиеся данные вносят в итоговую таблицу:
|
Температура |
Расходный коэффициент |
Жесткость, ж |
Степень конверсии % |
Выход |
|||||
|
пирогаза |
смолы |
Кокса |
этилена |
пропилена |
|||||
|
на сырье |
на пирогаз |
||||||||
|
1 |
|||||||||
|
2 |
|||||||||
|
3 |
|||||||||
|
4 |
|||||||||
Техника безопасности:
1.Проверить герметичность собранной установки.
2.Не допускать утечки жидкости и паров.
3.Промывные воды сливать в специальную бутыль
4.В случае возникновения пожара тушить песком и асбестовым одеялом или углекислотным огнетушителем.
Опыт №1: Температура пиролиза 550 ?С.
Расчет содержания отдельных компонентов пирогаза по хроматограмме:
М=1:100
1 Пик CH 4
H=212мм a=1мм K CH4 =2.36 CCH4 =50032
2 Пик C 2 H6
H=51мм а=0.8мм К C2H6 =1.66 СC2H6 =6772.8
3 Пик C 2 H4
H=56мм а=1.3мм K C2H4 =1.77 CC2H4 =12885.6
М=1:10
4 Пик C 3 H8
H=13мм а=2мм K C3H8 =1.30 СC3H8 =338
5 Пик C 3 H6
H=29мм а=1.3мм K C3H6 =1.37 СC3H6 =516.49
М=1:5
6 Пик C 4 H10 -1
H=6мм а=1.4мм K C4H10-1 =1.03 СC4H10-1 =43.26
7 Пик C 4 H10 -н
H=21мм а=1.6мм K C 4 H 10-н =1.0 СC 4 H 10-н =168
8 Пик C 4 H8 -1
H=68мм а=3.5мм K C 4 H 8-1 =1.03 СC 4 H 8-1 =1225.7
9 Пик C 4 H8 -2
H=66мм а=2.5мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =849.75
10 Пик C 4 H8 -3
H=16мм а=3.2мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =263.68
11 Пик C 4 H6
H=14мм а=3.5мм K C 4 H 6 =1.09 СC 4 H 6 =267.05
12 Пик C 4 H10 -1
H=25мм а=4мм K C 4 H 10-1 =0.88 СC 4 H 10-1 =440
13 Пик C 6 H12 -1
H=9.5мм а=10мм K C 4 H 12-1 =0.7 СC 4 H 12-1 =332.5
С общ =73669.989
C CH 4 =67.91%
С C 2 H 6 =9.19%
C C 2 H 4 =17.49%
С C 3 H 8 =0.45%
С C 3 H 6 =0.7%
С C 4 H 10-1 =0.059%
С C 4 H 10-н =0.23%
С C 4 H 8-1 =1.669%
С C 4 H 8-2 =1.153%
С C 4 H 8-2 =0.362%
С C 4 H 6 =0.36%
С C 4 H 10-1 =0.59%
С C 4 H 12-1 =0.45%
?С i =99.983%
C CH 4* сCH 4 =48.49
С C 2 H 6* сC 2 H 6 =12.22
C C 2 H 4* сC 2 H 4 =21.86
С C 3 H 8* сC 3 H 8 =0.882
С C 3 H 6* сC 3 H 6 =0.13
С C 4 H 10-1* сC 4 H 10-1 =0.153
С C 4 H 10-н* сC 4 H 10-н =0.596
С C 4 H 8-1* сC 4 H 8-1 =4.173
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =2.896
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =0.905
С C 4 H 6* сC 4 H 6 =0.868
С C 4 H 10-1* сC 4 H 10-1 =1.844
С C 4 H 12-1* сC 4 H 12-1 =1.688
?С i * сi =96.705
Масса пирогаза:
G пг =?i =Vпг *10-2 *?Сi * сi =0.665*96.705*10-2 =0.633
G(C 2 H4) =0.110г.
С(C 2 H4) = 17.38%
G(C 3 H6) =0.00044г.
С(C 3 H6) = 0.7%
- расходный коэффициент по сырью
К R ===6.87
- жесткость пиролиза этилена на 100 кг сырья
Ж===0.0903
- избирательность процесса(степень конверсии)
б==*100=25.59
Таблица 1. Материальный баланс процесса пиролиза при температуре 550 ?С.
|
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
|
|
1 |
Керосин |
4,35 |
100 |
1 |
Пирогаз |
0.633 |
14.55 |
|
|
2 |
Смола |
2.1 |
48.3 |
|||||
|
3 |
Кокс и потери |
1.617 |
37.17 |
|||||
|
Итого |
4,35 |
100 |
Итого |
4,35 |
100 |
|||
Опыт №2: Температура пиролиза 600 ?С.
Расчет содержания отдельных компонентов пирогаза по хроматограмме:
М=1:50
1 Пик CH 4
H=219мм a=1мм K CH4 =2.36 CCH4 =25842
2 Пик C 2 H6
H=20мм а=1мм К C2H6 =1.66 СC2H6 =1660
3 ПикC 2 H4
H=39мм а=1.5ммK C 2 H 4 =1.77 CC 2 H 4 =5177,5
М=1:20
4ПикC 3 H8
H=2мм а=1.5мм K C 3 H 8 =1.30 СC 3 H 8 =78
5 ПикC 3 H6
H=26мм а=1.7мм K C 3 H 6 =1.37 СC 3 H 6 =1211.08?
М=1:5
6 Пик C 4 H10 -н
H=5мм а=2.6мм K C 4 H 10-н =1.0 СC 4 H 10-н =65
7 Пик C 4 H8 -1
H=16мм а=3мм K C 4 H 8-1 =1.03 СC 4 H 8-1 =247.2
8 Пик C 4 H8 -2
H=21мм а=3.3мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =356.9
9 Пик C 4 H8 -3
H=4мм а=4.3мм K C 4 H 8-3 =1.03 СC 4 H 8-3 =88.58
10 Пик C 5 H10 -1
H=5мм а=5мм K C 5 H 10-1 =0.88 СC 5 H 10-1 =110
11 Пик C 6 H12 -1
H=18мм а=5.2мм K C 6 H 12-1 =0.7 СC 6 H 12-1 =327.6
С общ =35193.86
C CH 4 =73.427%
С C 2 H 6 =4.71%
C C 2 H 4 =14.711%
С C 3 H 8 =0.221%
С C 3 H 6 =3.441%
С C 4 H 10-н =0.184%
С C 4 H 8-1 =0.702%
С C 4 H 8-2 =1.14%
С C 4 H 8-3 =0.251%
С C 5 H 10-1 =0.312%
С C 6 H 12-1 =0.9308%
?С i =99.903%
C CH 4* сCH 4 =52.426
С C 2 H 6* сC 2 H 6 =6.26
C C 2 H 4* сC 2 H 4 =5.88
С C 3 H 8* сC 3 H 8 =0.43316
С C 3 H 6* сC 3 H 6 =6.451
С C 4 H 10-н* сC 4 H 10-н =0.476
С C 4 H 8-1* сC 4 H 8-1 =1.755
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =2.535
С C 4 H 8-3* сC 4 H 8-3 =0.6275
С C 5 H 10-1* сC 5 H 10-1 =0.975
С C 6 H 12-1* сC 6 H 12-1 =3.49
?С i * сi =81.30866
Масса пирогаза:
G пг =?i =Vпг *10-2 *?Сi * сi =0.845*81.30866*10-2 =0.687
Таблица 2. Материальный баланс процесса пиролиза при температуре 600 ?С.
|
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
|
|
1 |
Керосин |
4,35 |
100 |
1 |
Пирогаз |
0.687 |
18.8 |
|
|
2 |
Смола |
0.64 |
14.7 |
|||||
|
3 |
Кокс и потери |
3.023 |
69.49 |
|||||
|
Итого |
4,35 |
100 |
Итого |
4,35 |
100 |
|||
G(C 2 H4) =0.101г.
С(C 2 H4) = 6.94%
G(C 3 H6) =0.0217.
С(C 3 H6) = 3.15%
- расходный коэффициент по сырью
К R ==6.331
- жесткость пиролиза этилена на 100 кг сырья
Ж==0.107
- избирательность процесса(степень конверсии)
б=*100=21.7%
Опыт №3: Температура пиролиза 620 ?С.
Расчет содержания отдельных компонентов пирогаза по хроматограмме:
М=1:50
1 Пик CH 4
H=144мм a=1.6мм K CH4 =2.36 CCH4 ==27187.2
2 Пик C 2 H6
H=57мм а=1мм К C2H6 =1.66 СC2H6 =4731
3 Пик C 2 H4
H=57мм а=1.7мм K C2H4 =1.77 CC2H4 =8575
М=1:20
4 Пик C 3 H8
H=15мм а=1.4мм K C3H8 =1.30 СC3H8 =546
5 Пик C 3 H6
H=77мм а=2.1мм K C3H6 =1.37 СC3H6 =4430.58
М=1:2
6 Пик C 4 H10 -1
H=6мм а=3.2мм K C4H10-1 =1.03 СC4H10-1 =39.56
7 Пик C 4 H10 -н
H=8мм а=3мм K C 4 H 10-н =1.0 СC 4 H 10-н =48
8 Пик C 4 H8 -1
H=70мм а=4мм K C 4 H 8-1 =1.03 СC 4 H 8-1 =576.8
9 Пик C 4 H8 -2
H=67мм а=4.8мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =662.5
10 Пик C 4 H8 -3
H=12мм а=4.3мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =106.3
11 Пик C 4 H6
H=4мм а=5.7мм K C 4 H 6 =1.09 СC 4 H 6 =49.7
12 Пик C 4 H10 -1
H=4мм а=6.7мм K C 4 H 10-1 =0.88 СC 4 H 10-1 =47.168
13 Пик C 6 H12 -1
H=24мм а=4.6мм K C 4 H 12-1 =0.7 СC 4 H 12-1 =154.56
С общ =47254.36
C CH 4 = =57.66%
С C 2 H 6 =10.03%
C C 2 H 4 =18.18%
С C 3 H 8 =1.16%
С C 3 H 6 =9.4%
С C 4 H 10-1 =0.084%
С C 4 H 10-н =0.102%
С C 4 H 8-1 =1.22%
С C 4 H 8-2 =1.405%
С C 4 H 8-2 =0.225%
С C 4 H 6 =0.105%
С C 4 H 10-1 =0.1%
С C 4 H 12-1 =0.328%
?С i =99.99903%
C CH 4* сCH 4 =41.169
С C 2 H 6* сC 2 H 6 =13.34
C C 2 H 4* сC 2 H 4 =22.725
С C 3 H 8* сC 3 H 8 =2.275
С C 3 H 6* сC 3 H 6 =17.625
С C 4 H 10-1* сC 4 H 10-1 =0.217
С C 4 H 10-н* сC 4 H 10-н =0.264
С C 4 H 8-1* сC 4 H 8-1 =3.05
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =3.512
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =0.5625
С C 4 H 6* сC 4 H 6 =0.253
С C 4 H 10-1* сC 4 H 10-1 =0.3125
С C 4 H 12-1* сC 4 H 12-1 =1.23
?С i * сi =106.5351
Масса пирогаза:
G пг =?i =Vпг *10-2 *?Сi * сi =1.005*106.5351*10-2 =1.0707
M(C 2 H4) =0.159г.
С(C 2 H4) = 18.21%
M(C 3 H6) =0.1006458г.
С(C 3 H6) = 9.4%
- расходный коэффициент по сырью
К==4.0628
- жесткость пиролиза этилена на 100 кг сырья
Ж==0.16, кмоль/100кг
- избирательность процесса(степень конверсии)
б=*100=31.58
Таблица 3. Материальный баланс процесса пиролиза при температуре 620 ?С.
|
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
|
|
1 |
Керосин |
4,35 |
100 |
1 |
Пирогаз |
1.0707 |
24.614 |
|
|
2 |
Смола |
0.48 |
11,03 |
|||||
|
3 |
Кокс и потери |
2.799 |
64.356 |
|||||
|
Итого |
4,35 |
100 |
Итого |
4,35 |
100 |
|||
Опыт №4: Температура пиролиза 650 ?С.
Расчет содержания отдельных компонентов пирогаза по хроматограмме:
М=1:50
1 Пик CH 4
H=204мм a=2мм K CH4 =2.36 CCH4 48144
2 Пик C 2 H6
H=30мм а=1.1мм К C2H6 =1.66 СC2H6 =2739
3 Пик C 2 H4
H=47мм а=1.8мм K C2H4 =1.77 CC2H4 =7487.1
М=1:10
4 Пик C 3 H8
H=9мм а=2.3мм K C3H8 =1.3 СC3H8 =269.1
5 Пик C 3 H6
H=74мм а=2.2мм K C3H6 =1.37 СC3H6 =2230.36
М=1:2
6 Пик C 4 H10 -1
H=1мм а=3.3мм K C4H10-1 =1.03 СC4H10-1 =6.798
7 Пик C 4 H10 -н
H=3мм а=5мм K C 4 H 10-н =СC 4 H 10-н =30
8 Пик C 4 H8 -1
H=24мм а=5.5мм K C 4 H 8-1 =1.03 СC 4 H 8-1 =271.92
9 Пик C 4 H8 -2
H=32мм а=5мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =329.6
10 Пик C 4 H8 -3
H=6мм а=4.5мм K C 4 H 8-2 =1.03 СC 4 H 8-2 =55.62
11 Пик C 4 H10 -1
H=15мм а=4.5мм K C 4 H 10-1 =0.88 СC 4 H 10-1 =118.8
С общ =61673.298
C CH 4 =78.06%
С C 2 H 6 =4.44%
C C 2 H 4 =12.14%
С C 3 H 8 =0.44%
С C 3 H 6 =3.62%
С C 4 H 10-1 =0.011%
С C 4 H 10-н =0.05%
С C 4 H 8-1 =0.44%
С C 4 H 8-2 =0.53%
С C 4 H 8-2 =0.09%
С C 4 H 10-1 =0.19%
?С i =100.011%
C CH 4* сCH 4 =55.73
С C 2 H 6* сC 2 H 6 =5.91
C C 2 H 4* сC 2 H 4 =15.175
С C 3 H 8* сC 3 H 8 =0.8624
С C 3 H 6* сC 3 H 6 =6.77
С C 4 H 10-1* сC 4 H 10-1 =0.028
С C 4 H 10-н* сC 4 H 10-н =0.125
С C 4 H 8-1* сC 4 H 8-1 =1.1
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =1.325
С C 4 H 8-2* сC 4 H 8-2 =0.225
С C 4 H 10-1* сC 4 H 10-1 =0.7125
?С i * сi =87.9629
Масса пирогаза:
G пг =?i =Vпг *10-2 *?Сi * сi =1.275*87.9629*10-2 =1.1215
M(C 2 H4) =0.110г.
С(C 2 H4) = 12.14%
M(C 3 H6) =0.00044г.
С(C 3 H6) = 3.62%
- расходный коэффициент по сырью
К R ==387
- жесткость пиролиза (число киломолей этилена на 100кг сырья)
Ж==0.11
- избирательность процесса(степень конверсии)
б=*100=25.59
Таблица 4. Материальный баланс процесса пиролиза при температуре 650 ?С.
|
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
Н/П |
Наименование в-ва |
г |
% |
|
|
1 |
Керосин |
4,35 |
100 |
1 |
Пирогаз |
1.1215 |
25.78 |
|
|
2 |
Смола |
0.30 |
6.9 |
|||||
|
3 |
Кокс и потери |
2.9285 |
67.32 |
|||||
|
Итого |
4,35 |
100 |
Итого |
4,35 |
100 |
|||
Таблица 5. Характеристики пиролиза при различных температурах
|
№ п/п |
Температура, ?С. |
Расходный коэффициент, Кр |
Жесткость процесса, Ж |
Степень конверсии, % |
Выход |
|||||
|
пирогаза |
смолы |
кокса |
этилена |
пропилена |
||||||
|
На сырьё, % масс |
На пирогаз, % масс |
|||||||||
|
1 |
550 |
6.87 |
0.0903 |
25.39 |
14.55 |
48.3 |
37.17 |
17.38 |
0.7 |
|
|
2 |
600 |
6.331 |
0.107 |
21.73 |
15.8 |
14.7 |
69.49 |
6.94 |
3.15 |
|
|
3 |
620 |
4.06 |
0.16 |
31.58 |
24.614 |
11.03 |
64.356 |
18.21 |
9.4 |
|
|
4 |
650 |
3.87 |
0.11 |
15.56 |
25.78 |
6.9 |
67.32 |
12.14 |
3.62 |
|
9. Графическая часть
Рисунок 2. Кинетика выделения пирогаза при пиролизе керосина при температуре 550 ?С.
Рисунок 3. Кинетика выделения пирогаза при пиролизе керосина при температуре 600 ?С.
Рисунок 4. Кинетика выделения пирогаза при пиролизе керосина при температуре 620?С.
Рисунок 5. Кинетика выделения пирогаза при пиролизе керосина при температуре 650 ?С.
Рисунок 6. Кинетика выделения пирогаза при пиролизе керосина при разных температурах
Рисунок 7. Зависимость расходного коэффициента от температуры пиролиза керосина.
Рисунок 8. Зависимость жесткости пиролиза от температуры пиролиза керосина .
Рисунок 9. Зависимость выхода пирогаза от температуры пиролиза керосина.
Рисунок 10. Зависимость выхода смолы от температуры пиролиза керосина.
Рисунок 11. Зависимость выхода этилена от температуры пиролиза керосина.
Рисунок 12. Зависимость выхода пропилена от температуры пиролиза керосина.
Вывод
1. С увеличением длительности процесса пиролиза керосина увеличивается объем выделившегося пирогаза.
2. С увеличением длительности процесса пиролиза керосина расходный коэффициент по сырью уменьшается.
3. С увеличением температуры пиролиза керосина выход пирогаза увеличивается.
4. С повышением температуры пиролиза керосина выход смолы понижается.
5. Максимальный выход этилена при пиролизе керосина наблюдается при температуре 620 єС.
6. При пиролизе керосина минимальный выход пропилена наблюдается при температуре 620 єС.
