Дипломная работа: Пиролиз углеводородов жидких углеводородных фракций

Содержание изопарафинов в рафинатах платформинга будет определяться условиями термодинамического равновесия. Практически их содержание при жестких условиях проведения процесса составит не менее 50—60% и будет зависеть от режима платформинга.

Вследствие повышенного газообразования выход олефинов при пиролизе рафинатов должен быть несколько ниже, чем при пиролизе аналогичной фракции прямогонного бензина.

Необходимость ведения процесса пиролиза рафинатов при более высоких температурах (приблизительно на 25—50° С) приводит к увеличению новообразования, что создает менее благоприятные условия для использования трубчатых печей. Поэтому при пиролизе рафинатов можно применять также течи со стационарным или с движущимся твердым теплоносителем.

В табл. 7 приводятся результаты пиролиза различных видов жидкого углеводородного сырья.

Представляет интерес выяснить влияние условий пиролиза на выход олефинов. Глубину процесса определяют три основных параметра: время контакта, температура и парциальное давление углеводородов. С повышением температуры глубина процесса быстро возрастает. При постоянной температуре выход олефинов с увеличением времени контакта возрастает до определенного момента, а затем падает. Повышение парциального давление углеводородов приводит к усилению реакций полимеризации и конденсации, к преобладанию реакций разрыва углеродной цепи посередине, приводящих к повышенному образования жидких продуктов пиролиза, к уменьшению удельного веса реакций дегидрирования.

Наиболее благоприятными условиями пиролиза, являются: высокая температура, малое время контакта и малое парциальное давление углеводородов. Все эти факторы взаимно между собой связаны.

В табл. 8 приведены данные о влиянии температуры и времени контакта на процесс пиролиза легких бензиновых углеводородов.

В настоящее время в связи с возрастающей потребностью в олефиновых углеводородах с тремя и четырьмя углеродными атомами представляет большой интерес проведение пиролиза, при котором выход этих углеводородов был бы значительно увеличен. Это может быть достигнуто смягчением условий процесса и в первую очередь снижением температуры.

В табл. 9 приводятся данные о зависимости выхода олефинов от режима пиролиза прямогонного бензина.

Из данных этой таблицы следует, что с понижением температуры процесса выход углеводородов С₃ и С₄ по отношению к этилену возрастает, а с увеличением времени контакта — уменьшается.

Исходя из этих данных, можно ориентировочно наметить следующие температуры процесса пиролиза (в ° С) для получения максимальных выходов желаемого продукта при оптимальном времени контакта (0,8 — 1 сек): этилен 780°С; пропилен 750°С; углеводороды С₄ 725° С.

Важным фактором, влияющим на процесс, является давление. Как известно, процесс пиролиза, проводящийся в промышленных условиях в трубчатых печах, осуществляется при небольшом избыточном давлении на выходе из печи. Повышение давления способствует увеличению производительности печи и снижению расхода электроэнергии на компрессию пирогаза. Однако при повышенном удавлении уменьшается выход целевых продуктов, в частности этилена и: пропилена.

В процессе пиролиза этан-пропановой смеси в промышленных условиях при температуре 790° С концентрация олефинов в пирогазе составляет 36% при абсолютном давлении 0,8 ат; 34,5% при 1,0 aт и 33% — при 1,75 aт.

При повышении избыточного давления в зоне реакции пиролизной печи с 0,5 до 1,5—2,0 aт выход этилена в пирогазе при пиролизе этана снижается с 48 до 44% на пропущенное сырье и с 81 до 70% — на разложенное сырье.

Также возможен пиролиз тяжелого нефтяного остатка. Условия при пиролизе тяжелых видов сырья и выход продуктов приводятся в табл. 10.

Условия при пиролизе тяжелых видов сырья и выход продуктов

Таблица 10

Мазут			Гудрон бакинский		Гудрон туймазин-ский		Гудрон ромаш-кинский	Крекинг-остаток
Характеристика сырья
Относительная плотность		0,9542			0,9870		0,9734		0,9960	1,011
Фракционный состав, °С н.к		350			400		400		-	315
до 450		38			-		-		-	315
до 500		62,0			7,6		7,2		10,0	46,8
Коксовое число,%		6,9			13,5		17,6		16,8	10,6
Условия процесса
Температура, °С		760			680		680		780	680
Скорость подачи сырья, ч-1		4,0			5,0		10,0		6,0	5,0
Время контакта, сек		12,3			7,8		5,25		9,6	8,7
Материальнвй баланс, %
Газ		47,3			49,2		39,8		37,2	36,2
Жидкие УВ		39,4			32,8		40,6		35,5	37,0
Кокс+потери		13,3			18,0		19,6		27,3	26,8
Всего		100			100		100		100	100
Состав газа,%
Водород		1,13			0,52		1,27		0,84	1,01
Метан		11,2			9,37		9,95		5,77	7,86
Этан		2,32			5,76		3,80		9,36	2,38
Этилен		15,7			16,0		14,3		11,1	10,06
Пропан		0,38			1,54		5,6		0,52	1,32
Пропилен		8,67	7,70		0,26		6,65		7,83
Бутан		0,56	0,34		0,20		0,37		0,21
Бутилен		3,22	2,51		2,20		2,11		1,70
Высшие УВ		4,12	5,46		2,22		0,29		3,83
∑Олефинов С2 -С4		27,59	26,21		18,76		19,86		19,59
∑Ароматических УВ		8,4	7,7		8,83		4,35		4,29

Осуществляя процесс при температуре 680—750° С; весовая скорость 0,05—0,1 ч^-1 ; количество вводимого пара 50—75% на сырье, можно получить следующие средние выходы этилена на сырье: при переработке легкого сырья (бензино-лигроиновой фракции) — 30—32 %; среднего дистиллятного сырья—17—23%; тяжелого сырья — 14—17%. Выход ароматических углеводородов составит соответственно 9—12%, 8—10 и 6—8%.

Работа с рециркуляцией собственного газа позволяет увеличить выход ароматических углеводородов при некотором уменьшении количества олефинов в газе.

2. Теоретические основы метода производства

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 >200ºС) имеет в своем составе нафталин и его гомологи, а также небольшое количество тетралина и конденсированных ароматических углеводородов. Кроме того, смола пиролиза содержит некоторое количество неароматических углеводородов, включая олефины и диены.

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 %).

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.

В соответствии с результатами термодинамических расчетов пиролиз углеводородов для производства низших олефинов целесообразно проводить при довольно высоких температурах, превышающих 600-700ºС и для получения этилена необходима более высокая температура, чем для преимущественного производства пропилена. Верхний предел температуры процесса определяется возможностью проведения его без значительного образования ацетилена. Согласно данным термодинамических расчетов пиролиз следует проводить при низком давлении, желательно приближаться к атмосферному, и при достаточном разбавлении сырья водяным паром.

По мере углубления процесса образуются углеводороды, имеющие все меньшее и меньшее соотношение водород/углерод. Реакции гидрирования и дегидрирования:

СnН _2n+2 ® СnН_2n + Н2

являются обратимыми, но параллельно