Расчет печи пиролиза с увеличением производительности с 70 000 до 80000 т-год

РЕФЕРАТ



Пояснительная записка

145 с.,  7 рисунков, 60 таблиц,15 источников







ПИРОЛИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ, ПБФ, ЭТИЛЕН, ПЕЧЬ

Объектом проектирования является установка получения этилена ОАО «Казаньоргсинтез».



Цель дипломного проекта заключалась в расчете печи пиролиза с увеличением производительности с 70 000 до 80000 т/год.



В процессе были рассчитаны материальный и тепловой балансы, режим работы и основные размеры печи пиролиза. Были подобраны контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации для данной колонны; разработаны мероприятия по охране труда, технике безопасности производства и охране окружающей среды. Экономическая эффективность - рассчитана себестоимость производства этилена.



















Введение



Этилен и пропилен являются важнейшими мономерами промышленного органического синтеза. На основе этилена осуществляется промышленное производство этанола, этилбензола, окиси этилена, полиэтилена, дихлорэтана, ацетальдегида и многих других химических продуктов. Пропилен в больших количествах используется для получения изопропилбензола, полипропилена, изопропилового спирта, окиси пропилена, глицерина и т. д. Поэтому производство низших олефинов осуществляется в крупных масштабах и непрерывно растет. Мировое производство этилена составляет около 60 миллионов тонн в год, а производство пропилена составляет примерно 40% от объема производства этилена. 

Для производства низших олефинов могут быть использованы различные источники углеводородного сырья. Их можно выделять из нефтезаводских газов. Прямое выделение этилена из нефтезаводских газов НПЗ имеющего типовой набор установок топливного варианта, обеспечивает объем производства этилена около 0,4% масс на перерабатываемую нефть. Поэтому настоящее время большую часть низших олефинов получают на специальных установках путем пиролиза этана, пропана, бутанов, бензина, керосино-газойлевых фракций и сырой нефти.

Процесс термического пиролиза углеводородного сырья остаётся основным способом получения низкомолекулярных олефинов. Существующие мощности установок пиролиза составляют 113,0 млн.т/год по этилену или почти 100% мирового производства и 38,6 млн.т/год по пропилену или более 67% мирового производства. При этом среднегодовой прирост потребления этилена и пропилена в мире составляет более 4%.

1 Технико-экономическое обоснование выбранного метода производства.                    



1.1 Историческая справка о методе получения и использовании продукта

	

	Производство органических веществ зародилось очень давно, но первоначально оно базировалось на переработке растительного или животного сырья – выделение ценных веществ (сахар, масла) или их расщепление (мыло, спирт и др.). Органический синтез, т. е. получение более сложных веществ из сравнительно простых, зародился в середине XIX века на основе побочных продуктов коксования каменного угля, содержавших ароматические соединения. Затем, уже в XX веке как источники органического сырья все большую роль стали играть нефть и природный газ, добыча, транспорт и переработка которых более экономичны, чем для каменного угля. На этих трех видах ископаемого сырья главным образом и базируется промышленность органического синтеза. В процессах их физического разделения, термического или каталитического расщепления (коксование, крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия) получают пять групп исходных веществ для синтеза многих тысяч других соединений:                                        

	1. Парафины (от метана СН4 до углеводородов С15 – С40);

	2. Олефины (С2Н4, С3Н6, С4Н8, С5Н10);  

	3. Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин); 

	4. Ацетилен; 

	5. Оксид углерода и синтез-газ (смесь СО и Н2).

	В своем развитии промышленность органического синтеза разделилась на ряд отраслей (технология красителей, лекарственных веществ, пластических масс, химических волокон и др.), среди которых важное место занимает промышленность основного органического и нефтехимического синтеза. Термин «основной» (или «тяжелый») органический синтез охватывает производство многотонажных продуктов, служащих основой для всей остальной органической технологии. В свою очередь, термин «нефтехимический» синтез появился в связи с преобразованием технологии органических веществ на нефтяное сырье и в обычном смысле слова (исключая получение неорганических веществ и полимеров) охватывает первичную химическую переработку углеводородов нефтяного происхождения. В этом плане он является частью основного органического синтеза, чем и обусловлено их объединенное начало. 

	

1.1.1 Методы получения этилена



В промышленности для получения этилена применяют разнообразные процессы:

- пиролиз легких и тяжелых парафиновых и нафтеновых углеводородов;

- гидрирование ацетилена;

- дегидратация этилового спирта.

Кроме того, этилен получается в качестве побочного продукта при термической переработке твердого топлива, термическом и каталитическом крекинге нефти и др.

1. Каталитическое гидрирование ацетилена в этилен

		С2Н2+Н2 ?С2Н4+QП		(1.1)

Оптимальная температура процесса 180—320° в зависимости от активности катализатора.

Принципиальная схема установки изображена на рисунке 1.



Рисунок 1 – Схема установки каталитического гидрирования ацетилена в этилен







              2. Дегидратация этилового спирта

		

		

		С2Н5ОН                         (С2Н5)2О+Н2O	                                                                   (1.2)

		

	                С2 Н4+Н2О  

В качестве катализатора используется активированная окись алюминия и алюмокремниевые соединения. Процесс осуществляется при 300-400°С. [3, стр. 17-19]



	

Рисунок 2 - Схема установки дегидратации этанола



3. Получение этилена из нефтезаводских газов

Газы термического и католического крекинга нефтей содержат 2 – 2,5 % этилена. Количество этилена, получающегося при термическом крекинге, не превышает 0,15% вс. на переработанное сырье и при каталитическом крекинге -  0,45%. Поэтому обычно газоразделительная установка этиленового производства работает на сырье, представляющем смесь крекинг-газа  и газов пиролиза некоторых компонентов этого же крекинг-газа (этана, пропана, пропилена, а иногда и бутана). Нефтезаводские газы проходят систему очистки и направляются на компрессию и предварительную осушку. Перед компрессией к этому потоку присоединяют газы пиролиза, содержащие до 30-35% объемн. этилена. После компрессии, предварительного выделения тяжелых углеводородов и глубокой осушки смесь направляют на газоразделение. Целевым продуктом газоразделения является этилен, иногда пропилен и бутан-бутиленовые смеси, а предельны углеводороды - этан и пропан- возвращают на установку пиролиза.

Одним их основных сырьевых источников получения этилена  являются природные газы.[3, стр. 22-23] 

4. Пиролиз предельных углеводородов

	Пиролиз – это процесс глубокого разложения углеводородного сырья (жидкого и газообразного), протекающий при высоких температурах. В газах пиролиза преобладают непредельные углеводороды, а в жидких продуктах (смоле) – ароматические углеводороды. Количество получаемых газообразных олефинов (в первую очередь – этилена) зависит от характера сырья. Наибольший выход  этилена получается при пиролизе этана; с увеличением молекулярного веса исходных углеводородов выход этилена снижается, но могут получаться другие ценные олефины. Наименьшее количество низших олефинов образуется при пиролизе тяжелых фракций нефти.

	Основным сырьем для пиролиза с целью получения  этилена являются этан, пропан и бутан, содержащиеся в попутных газах нефтедобычи и в нефтезаводских газах, газовые бензины и низкооктановые бензины прямой перегонки нефти, а также рафинат каталитического риформинга, остающийся после удаления ароматических углеводородов. В странах с недостаточными ресурсами газообразных и легких жидких углеводородов (страны Западной Европы, Япония) в качестве сырья для пиролиза с целью получения этилена применяют также средние и тяжелые нефтяные фракции и даже сырую нефть.

	В процессах пиролиза разных видов углеводородного сырья, особенно проводимых при высоких температурах, образуются также в качестве примесей окись и двуокись углерода, пропадиен, ацетиленовые углеводороды, которые необходимо удалять при дальнейшей переработке газов пиролиза.

	Процесс производства этилена из углеводородного сырья включает стадии пиролиза углеводородов, компромитирования газа пиролиза, удаления тяжелых углеводородов, осушки, разделения (газофракционирования), удаления сероводорода, двуокиси углерода и ацетилена, а также концентрирования этилена, если он предназначен для производства полиэтилена.

	

	1.1.2 Очистка этилена

	

	Очистка этилена сводится к удалению из него сероводорода, двуокиси и окиси углерода, ацетилена и кислорода. Удаление этих примесей может осуществляться на различных стадиях процесса производства этилена.

	Сероводород, двуокись углерода и органические сернистые соединения удаляют путем промывки газа водной щелочью (обычно 10 % раствором едкого натра) в специальном скруббере. При этом протекают следующие реакции:

	

	H2S + 2NaOH ? Na2S + 2H2O

	

	CO2 + 2NaOH ? Na2CO3 + H2O

	

	COS + 4NaOH ? Na2CO3 + Na2S + 2H2O       

	

	CS2 + 6NaOH ? Na2CO3 + 2Na2S + 3H2O

	

	Значительное снижение содержания сернистых соединений (до 0,0001 %) и двуокиси углерода (до 0,001 %) достигается при двухступенчатой промывке щелочью. 

	Очистка от двуокиси углерода этилена, предназначенного для производства полиэтилена, может быть осуществлена адсорбционным методом при помощи молекулярных сит. Так, применение в качестве адсорбента цеолита 5А (СаА) позволяет снизить содержание СО2 в газе с 0,3 до 0,0001 %. Установка состоит из двух адсорберов, работающих попеременно (цикл работы адсорбера 12 ч). Регенерация адсорбента производится путем продувки метаном при 2400С. Очистка этилена на молекулярных ситах NaX позволяет снизить содержание СО2 с 0,008 до 0,0002 – 0,0004 %.

	Очистка от ацетилена может осуществляться промывкой ацетоном при низких температурах либо, чаще всего, селективным гидрированием. Содержание ацетилена в газе пиролиза колеблется от 0,1 до 1 %. При очистке оно должно быть снижено до 0,001 – 0,002 %. 

	



1.1.3  Применение этилена

Этилен является важнейшим сырьем нефтехимической промышленности. 

Основные направления использования этилена включают производства: полиэтилена, поливинилхлорида, стирола, этиленгликоля, этанола, ацетальдегида, винилацетата, пропионой кислоты, пропионового альдегида. В конечной структуре потребления этилена 65-70% занимают пластические массы, 10% - производные этиленгликоля (главным образом производные, антифризы), 5% - синтетические волокна, 5% - растворители и 10-25% прочая продукция.

В зарубежной структуре потребления этилена на долю производства полиэтилена приходится 50,1%, этиленоксида и этиленгликоля – 12,3%, этилбензола – 8,0%, хлорвинила – 18,5% и прочих продуктов – 11,1%.[5, стр. 8-9]

 Структура потребления этилена в бывшем СССР характеризовалась в 1985 г. следующими данными: полиэтилен – 38,4%, этанол – 17,4%, этилбензол – 7,6%, хлорпроизводные – 14,9%, ацетальдегид – 2,7%, этиленоксид – 13,7% и прочие – 5,3%.[5, стр. 10]

	

	

	

	

	1.2 Аппаратурное оформление процесса пиролиза

	

	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:

	1. Пиролиз в трубчатых печах, представляющих собой реакторы змеевикового типа, где тепло передается через поверхность нагрева. 

	До недавнего времени процесс осуществлялся в печах коробчатого типа с настенными экранами (рис. 1). Эти печи имеют малую производительность (3 – 4 т/ч сырья) и трубы их быстро закоксовываются вследствие неравномерного обогрева. Поэтому сейчас они заменены печами с экранами двухстороннего облучения и панельными беспламенными горелками (печами градиентного типа), а также печами с вертикальными трубами. Производительность печей градиентного типа достигает 10 – 14 т/ч и более благодаря высокой тепловой напряженности радиантных труб, составляющей 30000 – 40000 ккал/(м2?ч), а производительность печей с вертикальными трубами равна 19 – 20 т/ч при тепловой напряженности труб до 80000 ккал/(м2?ч).

	

	

	

Рис. 1.  Трубчатая печь с настенными экранами

	

	

	

	Для обеспечения высоких коэффициентов теплопередачи и минимального отложения кокса сырье разбавляют водяным паром и создают очень высокие скорости его движения в трубах – до 90 – 140 кг/(м2?с). Обычно применяют двух-, четырех- и многопоточные змеевики с целью повышения производительности печи и снижения давления сырья на входе в печь. Печь градиентного типа изображена на рис. 2. 

	



Рис. 2. Печь градиентного типа: 1. Каркас, 2. Беспламенные панельные горелки, 3. Смотровые окна, 4. Радиантные трубы, 5. Потолок, 6. Подвеска для труб, 7. Конвекционная камера, 8. Трубная камера2. Термоконтактный пиролиз с применением твердого гранулированного или мелкозернистого теплоносителя в движущемся или псевдоожиженном слое.

	Весьма эффективным и простым способом подвода тепла в зону реакции является непосредственный контакт сырья с твердым теплоносителем. Кокс, выделяющийся в процессе пиролиза, отлагается на поверхности теплоносителя и вместе с ним выносится из зоны реакции, что существенно облегчает процесс в случае использования тяжелого сырья.

	Термоконтактный пиролиз может проводиться в движущемся слое гранулированного теплоносителя и в псевдоожиженном слое мелкозернистого или порошкообразного теплоносителя. В качестве теплоносителя применяется огнеупорный материал – корунд, шамот, кварцевый песок. Для этой цели может быть также использован кокс, образующийся в процессе пиролиза.

	3. Гомогенный пиролиз в токе газообразного теплоносителя – водяного пара или продуктов сгорания топлива. В качестве газообразных теплоносителей применяют водяной пар или продукты сгорания топлива, перегретые до высокой температуры.

	Достоинствами этого метода являются простота аппаратурного оформления и повышенный выход этилена, недостатком – большой расход водяного пара. 

	4. Окислительный пиролиз с подводом тепла за счет сжигания части исходного сырья в присутствии кислорода. 

	Этот процесс основан на балансе тепла между эндотермической реакцией расщепления углеводородов и экзотермическим процессом сгорания части углеводородного сырья в присутствии кислорода. Углеводородное сырье и паро-кислородная смесь раздельно нагреваются в печи соответственно до 600 и 4000С, смешиваются в эжекторе-смесителе и поступают в реактор. Продукты пиролиза из реактора направляются на охлаждение. 



	1.3 Основные закономерности процесса пиролиза. Химизм процесса

	

	Для процесса пиролиза характерно очень глубокое разложение исходного сырья. При этом наряду с первичными реакциями расщепления, в результате которых образуются непредельные углеводороды, протекают вторичные реакции изомеризации, циклизации и уплотнения продуктов первичного расщепления. Протекание большого числа разнообразных реакций приводит к тому, что в процессе пиролиза образуется сложная смесь продуктов – от газообразных до твердых (кокс).

	Первичные реакции расщепления парафиновых углеводородов могут идти в двух направлениях: разрыв цепи по связи С-С с образованием непредельного и предельного углеводородов, например: 

	

	CH3CH2CH3 ? CH2=CH2 + CH4  

	

	и дегидрирование (разрыв связей):          

	

	CH3CH2CH3 ? CH3CH=CH2 + H2

	

	Первое направление термодинамически более вероятно, так как энергия разрыва связи С-С меньше, чем связи С-Н. При пиролизе этана преимущественно протекает реакция дегидрирования, а при пиролизе пропана и высших углеводородов превалируют реакции расщепления. Обе реакции идут с поглощением тепла и увеличением объема. Следовательно, им благоприятствуют высокие температуры и низкие давления.

	Вторичные реакции, протекающие при пиролизе, более многочисленны: изомеризация парафиновых цепей нафтеновых циклов и алкильных групп алкилароматических углеводородов; циклизация и дегидроциклизация олефинов с шестью и более атомами углерода; циклизация диенов; полимеризация олефинов и диенов; конденсация ароматических углеводородов. Все эти реакции, в противоположность реакциям расщепления, идут с выделением тепла и уменьшением объема, поэтому их протеканию благоприятствуют повышенное давление и сравнительно невысокие температуры. 

	Процесс пиролиза идет по радикально-цепному механизму. Так, например, предполагается следующий механизм термического расщепления этана:

	1. Инициирование цепи через стадию образования метильных радикалов под действием высокой температуры: 

	

	CH3CH3 ? 2CH3?   

	

	2. Развитие цепи:

	

	CH3? + CH3CH3 ? CH4 + CH3CH2?

	

	CH3CH2? ? CH2=CH2 + H? 

	H? + CH3CH3 ? H2 + CH3CH2? 

	

	

	

	3. Обрыв цепи в результате рекомбинации или диспророрционирования: 

	

	H? + CH3CH2? ? CH3CH3

	

	CH3? + CH3CH2? ? CH3CH2CH3

	

	2CH3CH2? ? CH2=CH2 + CH3CH3

	

	Состав продуктов пиролиза зависит от температуры, времени контакта и парциального давления паров исходного сырья. 

	Влияние температуры на состав газа. С повышением температуры выход этилена и пропилена повышается, причем выход пропилена достигает максимума при более низкой температуре, чем выход этилена. Таким образом, варьируя температуру, можно регулировать выходы этилена и пропилена и их соотношение. 

	Влияние времени контакта. С увеличением времени контакта выход этилена сначала возрастает, достигает максимума, а затем начинает снижаться. Выход пропилена достигает максимума значительно раньше. Время контакта может быть выбрано таким образом, чтобы получалось требуемое соотношение этилена и пропилена.

	Выход этилена повышается при понижении парциального давления исходного пропана. Обычно процесс пиролиза ведут при давлении, близком к атмосферному, а парциальное давление паров сырья снижают путем разбавления его водяным паром. С увеличением отношения водяной пар : пропан резко снижается выход кокса, а выход этилена возрастает.

	Проведение процесса пиролиза при более высокой температуре и меньшем времени контакта приводит при одинаковой глубине превращения к увеличению выхода продуктов уплотнения (жидкой смолы и кокса). Это объясняется значительно более высокой энергией активации реакций распада по сравнению с реакциями уплотнения.



2. Технологическая часть

2.1 Физико-химические константы и свойства исходных, промежуточных                            и конечных продуктов

Водород – бесцветный, взрывоопасный газ почти без запаха

Таблица 2.1 - Физико-химические константы и свойства водорода

Химическая формула

Н2

Молекулярная масса

2.016

Удельный вес, при 0°С и 760 мм рт.ст.

0,0899 кг/м3 

Газовая постоянная

420,63 кгм/кг.град

Теплоемкость при постоянном давлении (Ср), (при 20°С и 760 мм рт. ст.)

3,408 ккал/кг.град

 Теплоемкость при постоянном объеме (Сv)

2,42 ккал/кг град

Температура кипения при

минус 252,8°С

Температура плавления

 минус 259,4 °С

Теплота испарения при температуре 

кипения при 760 мм рт. ст.



108,5 ккал/кг

Теплота плавления

14 ккал/кг

Критическая температура

        минус 239,9°С 

Критическая плотность

32 кг/м3

Теплотворная способность:



Высшая

33936 ккал/кг

3050 ккал/м3

Низшая

28557 ккал/кг

2570 ккал/м3



Метан - бесцветный газ, горючий и взрывоопасный газ, со слабым запахом 

Таблица 2.2 - Физико-химические константы и свойства метана

Химическая формула

СН4.

Молекулярная масса

16,04

Удельный вес при 0°С и 760 мм рт. ст.

0,717 кг/м3 

Газовая постоянная

52,9 кгм/кг.град

Теплоемкость при постоянном давлении (Ср) при 0°С и 760 мм рт. ст.

0,531 ккал/кг.град



Теплоемкость при постоянном объеме (Сv) при 200С и 760 мм рт. ст.

0,406 ккал/ кг.град



Температура кипения при 760 мм рт.ст.

минус 161,6°С

Температура плавления

минус 182,5°С

Теплота испарения при 760 мм рт.ст

122 ккал/кг

Теплота плавления

14,5 ккал/кг

Удельный вес жидкого метана при температуре минус 161,0°С

424 кг/м3

Критическая температура

минус 32,5°С

Критическое давление

45,8 кг/см2

Критическая плотность

162 кг/м3

Теплотворная способность



Высшая

13270 ккал/кг

9527 ккал/м3

Низшая

11970 ккал/кг

8562 ккал/м3



	Этан - бесцветный горючий и взрывоопасный газ наркотического действия, без цвета и запаха

Таблица 2.3 - Физико-химические константы и свойства этана

Химическая формула

С2Н6.

Молекулярная масса

30,07

Удельный вес м3 при 0°С и 760 мм рт. ст.

1,357 кг/м3.

Газовая постоянная при 0°С и 760 мм рт. ст.

28,21 кгм/кг.град

Теплоемкость при постоянном давлении (Ср)

при 0°С и 760 мм рт. ст.

0,413 ккал/кг.град


Теплоемкость при постоянном объеме (Сv)

при 200С и 760 мм рт. ст.

0,345 ккал/кг.град

Температура кипения

минус 88,6°С

Температура плавления

минус 182,5°С

Теплота испарения при температуре кипения

116 ккал/кг

Теплота плавления

29,2 ккал/кг




Продолжение таблицы 2.3

Удельный вес жидкого этана при температуре 

минус 88,6

561кг/м3

Критическая температура

32 °С

Критическое давление

48,2 кг/см2

Критическая плотность

210кг/ м3

Теплотворная способность



Высшая

12348 ккал/кг

16700 ккал/м3

Низшая

11390 ккал/кг

15430 ккал/кг



	Этилен – бесцветный горючий и взрывоопасный газ наркотического действия, со сладким эфирным запахом

Таблица 2.4 – Физико-химические константы и свойства этилена

Химическая формула

С2Н4

Молекулярная масса

28,05

Удельный вес при 0°С и 760 мм рт. ст.

1,26 кг/м3 

Газовая постоянная

30,23 кгсм/кг.град

Теплоемкость при постоянном давлении (Ср),

при 0°С и 760 мм рт. ст.

0,365 ккал/кг.град

Теплоемкость при постоянном объеме (Сv),

при 200С и 760 мм рт. ст.

0,292 ккал/кг

Температура кипения

минус 103,8°С

Температура плавления

минус 169,15°С

Теплота испарения при температуре кипения 

115 ккал/кг

Теплота плавления

29.2ккал/кг

Удельный вес жидкого этилена при температуре минус 102,40С

610 кг/м3

Критическая температура

плюс 9,90С

Критическое давление

50,3 кг/см2

Критическая плотность

220 кг/м3

Высшая

11920 ккал/кг

14300 ккал/ м3

Низшая

11145 ккал/кг

13939 ккал/ м3

	

Пропан - бесцветный горючий и взрывоопасный газ наркотического действия, с сильным эфирным запахом







Таблица 2.5 - Физико-химические константы и свойства пропана

Химическая формула

С3Н8

Молекулярная масса

44

Удельный вес при 0°С и760 мм рт. ст.

2,02 кг/м3

Газовая постоянная

19,23 кгм/кг.град

Теплоемкость при постоянном давлении (Ср),

при 0°С и 760 мм рт. ст.

0,445 ккал/ кг.град

Теплоемкость при постоянном объеме (Сv),

при 200С и 760 мм рт. ст.

0,394 ккал/кг.град

Температура кипения при 760 мм рт. ст.

минус 42,1°С.

Температура плавления

минус 187,6°С

Теплота испарения при температуре кипения

102 ккал/кг

Теплота плавления

18,8 ккал/кг

Удельный вес жидкого пропана при минус 42°С

582 кг/м3

Критическая температура

96,8 °С.

Критическое давление

43,1 кг/см2



	Пропилен - бесцветный горючий и взрывоопасный газ наркотического действия. с сильным эфирным запахом

Таблица 2.6 - Физико-химические константы и свойства пропилена

Химическая формула

C3Н6

Молекулярная масса

42.08

Удельный вес при 0°С и 760 мм рт.ст

1,915 кг/м3 

Газовая постоянная

20,16 кгм/кг.град

Теплоемкость при постоянном давлении (Ср),

при 0°С и 760 мм рт. ст.

0,390 ккал/кг.град

Теплоемкость при постоянном объеме (Сv),

при 200С и 760 мм рт. ст.

0,343 ккал/кг.град

Температура кипения при 760 мм рт.ст.

минус 47,6 °С

Температура плавления

минус 185,3 °С

Теплота испарения при температуре кипения

105 ккал/кг

Теплота плавления

17,1 ккал/кг

Удельный вес жидкого пропилена при минус 470С

610,4 кг/м3

Критическая температура

Плюс 91 °С

Критическое давление

45,5 кг/см2

Критическая плотность

233 кг/м3

Теплотворная способность:

0,835·10-6 кгсс/м2

Высшая

11732 ккал/кг

22400 ккал/м3

Низшая

11000 ккал/кг

21000 ккал/м3



2.2 Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и    вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов 

Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и    вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов представлена в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и    вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов

Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и    вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов

Государственный или отраслевой стандарт,

СТП, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья

Показатели, обязательные для проверки

Регламенти-руемые показатели с допусти-мыми отклоне-ниями

1 Пропан-бутановая фракция (смесь пропановой и бутановой фракции):

-

Содержание изобутана, %, вес.

не более 5

1.1 Фракция пропановая 



ТУ 0272-023-00151638-99

Состав:

-Сумма УВ С1 и С2

- Сумма УВ С3 

- Сумма УВ С4 и выше

- Сумма УВ С5 и выше

-не более 4,0

-не менее 90,0

-не более 10,0

-1,0

1.2Фракция нормального бутана

ТУ 0272-026-00151638-99

Состав:

- С3Н8

- iС4Н10

- Сумма бутиленов

- nС4Н10

- Сумма изо- и нормального пентана и выше

-не более 1,0

-не более 4,0

-не более 1,0

-не менее 94,0

-не более 2,5









Продолжение таблицы 2.7

Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и    вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов

Государственный или отраслевой стандарт,

СТП, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья

Показатели, обязательные для проверки

Регламенти-руемые показатели с допусти-мыми отклоне-ниями

2.Фракция этановая

ТУ 0272-022-00151638-99



Состав:

- СН4

- С2Н6

- С3Н8

-Сумма УВ С4 и выше

-не более 2,0

-не менее 95,0

-не более 3,0

- отсутствие

3.Линия пирогаза после пенного аппарата № 6

-

-

не регламен- тируется

4.Линия пирогаза после турбулентного промывателя № 8

-

-

не регламен- тируется

5. Воздух в производственных помещениях:насосное отделение,компрессорное отделение

-

-Предельные углеводороды

-Непредельные углеводороды

- не более 900 мг/м3

- не более 100 мг/м3

6.Операторные:

корп. 101

-

-Предельные углеводороды

-Непредельные углеводороды

- не более 900 мг/м3

- не более 100 мг/м3





2.3 Химизм процесса по стадиям, физико-химические основы процесса

Этан												       Целевая реакция		            С2Н6 = C2H4 + H2 					(2.1)

Побочные реакции		С2H6 + H2= 2CH4					(2.2)

            С2Н6 + С2Н4 = C3H6 +CH4				(2.3)

Пропан											       Целевая реакция		            С3H8 = C2H4 + СH4					(2.4)

Побочные реакции		            С3H8 = C3H6 + H2					(2.5)	

                                              2 С3H8 = C4H10 + C2H4 + H2			          (2.6)					           2 С3H8 = C4H8 + 2CH4				(2.7)					2 С3H8 = C4H6 + 2CH4 + H2										2 С3H8 = C5H10 + CH4 + H2					(2.8) 					3 С3H8 + 2H2= 3CH4						(2.9)

Бутан												       Целевая реакция 		С4Н10 = 2C2H4 + H2						(2.10)

Побочная реакция		С4H10 = C3H6 + СH4						(2.11)

Также протекают реакции	С2Н4 = C2H2 + H2						(2.12) 				           С4Н6 + С2Н4 = С6Н6 + 2Н2				           (2.13) 				           СН4 + Н2О = СО + 3Н2					(2.14) 				           3С2Н4 = ?C5 +4H2						(2.15)

	

Реакции пиролиза с разрывом связей С—С сопровождаются поглощением тепла (75-90 кДж/моль при образовании этилена из парафинов); с ростом температуры термодинамическая вероятность протекания этих реакций возрастает. Превращения парафиновых, олефиновых и нафтеновых углеводородов с выделением этилена при температурах выше 750о С  лимитируются не термодинамическими, а кинетическими факторами. При 750-1150о С разрыв связей С—С протекает с образованием более стабильного в этих условиях этилена, при дальнейшем повышении температуры-с образованием ацетилена. Термическое расщепление протекает по цепному радикальному механизму с короткими цепями. На стадии инициирования вследствие гомолитического разрыва связей С—С (при пиролизе парафиновых и нафтеновых углеводородов) или С—H (при пиролизе бензола и нафталина) образуются свободные радикалы.



2.4 Описание технологической схемы производства 

2.4.1 Испарение углеводородного сырья



Пропан-бутановая фракция из цеха № 109 с давлением не более 1,8 МПа подается в сепаратор № 1, откуда поступает в трубное пространство испарителей № 21 и № 22 где испаряется за счет тепла конденсации водяного пара 0,6 МПа, подаваемого в межтрубное пространство испарителей.         Пары пропан-бутановой фракции проходят сепаратор № 1, где отделяются от капель жидкости и поступают в трубное пространство перегревателя № 3, где подогреваются до температуры (60?80) ?С паром давления 0,6 МПа, подаваемым в межтрубное пространство перегревателя.					

Этановая фракция из цеха № 201 и № 204 поступает на этановую гребенку. После этановой гребенки этановая фракция поступает в перегреватель № 3. Газообразное сырье после перегревателя № 3 поступает в печь пиролиза.



2.4.2 Пиролиз углеводородных газов



Термическое расщепление углеводородных газов осуществляется в двухтопочных трубчатых печах с акустическими горелками. В качестве топливного газа используется метано-водородная фракция, поступающая из цеха № 201.

При термическом разложении углеводородов – происходят реакции, которые можно разделить на три основные группы:                          							1. Реакции деструкции, идущие с образованием непредельных углеводородов.		2. Реакции конденсации и полимеризации, ведущие к смоло- и коксообразованию.		3. Реакция прямого молекулярного распада с образованием сажи и водорода.

Газообразное углеводородное сырье с температурой (60?80) ?С поступает на сырьевые гребенки печей пиролиза, затем идет в змеевик конвекционной секции печи, где подогревается до температуры (450?650) ?С, затем переходит в радиантную секцию, где при температуре (760?840) ?С происходит процесс пиролиза.						Газ пиролиза на выходе из печей с температурой (760?830) ?С поступает в закалочные аппараты № 5, где для прекращения реакции пиролиза температура его снижается до (450?500) ?С.	 Охлаждение пирогаза в закалочных аппаратах № 5 производится циркуляционной водой. Цель «закалки»- прекращение процесса пиролиза и предотвращение вторичных реакций.												Из закалочных аппаратов № 5 пирогаз поступает на отмывку в пенные аппараты № 6.



2.4.3 Отмывка пирогаза от кокса и смолы



Отмывка пирогаза от смолы и кокса производится в три стадии:				а) отмывка и охлаждение пирогаза циркуляционной водой до температуры (60?80) ?С в пенных аппаратах № 6, где отмывается легкая, тяжелая смола и кокс;				Из закалочных аппаратов № 5 пирогаз поступает на отмывку от легкой, тяжелой смолы и кокса в пенный аппарат № 6, где охлаждается до температуры (60?80) ?С циркуляционной водой, подаваемой на ситчатые тарелки.						б) охлаждение пирогаза до 40 ?С в трубчатых холодильниках № 7, где конденсируется легкая смола и водяной пар;									Пирогаз из пенных аппаратов № 6 с температурой (60?80) ?С поступает в межтрубное пространство холодильника № 7, где охлаждается оборотной водой до температуры 40 ?С, при этом конденсируется легкая смола и водяной пар.							в) отмывка и охлаждение пирогаза до 30 ?С в турбулентных промывателях № 8, где происходит дальнейшая отмывка от ароматических углеводородов.					После холодильников № 7 пирогаз поступает в трубу «Вентури» турбулентных промывателей № 8, где циркуляционной водой и легкой смолой производится отмывка его от ароматических углеводородов и кокса и охлаждение пирогаза до температуры 30?С. 

Вода, снизу аппарата № 8 стекает в смолоотстойник № 10.	 Пирогаз, отбивается от капелек жидкости и с вверху аппарата № 8 поступает в отделение компримирования.



2.4.4 Компримирование пирогаза



Пирогаз из отделения пиролиза с температурой 30 ?С и давлением 2 МПа поступает на всас 1 ступени компрессоров. 

Всас I ступени компрессоров № 12 имеет блокировку по минимальному давлению в нем 0,003 МПа 0,03 кгс/см2. 

На первой ступени компрессоров № 12  пирогаз сжимается до 0,25 МПа 2,5 кгс/см2 и температура не выше 118 ?С после чего охлаждается до (30?35) ?С, 					Пирогаз на II ступени компрессоров № 12   сжимается до 0,65 МПа 6,5 кгс/см2 и с температурой не выше 118 ?С, проходит последовательно холодильники № 13, где охлаждается оборотной водой до температуры (30?45) ?С, после чего направляется в холодильник № 14, где охлаждается до температуры (20?25) ?С метано-водородной фракцией.												Пирогаз из аппарата № 14 поступает в холодильник № 15, где охлаждается антифризом до температуры (15?20) ?С, а затем в сепаратор №15 

Нагнетание II ступени компрессоров № 111-7   имеет блокировку по максимальному давлению в нем 0,75 МПа 7,5 кгс/см2. 

После холодильника № 15 пирогаз поступает в сепаратор № 16, где пирогаз отбивается от капель унесенной жидкости, которая сливается в аппарат № 23, куда также сливается через клапан регулятора уровня углеводородный конденсат из сепаратора № 16. 

           Пирогаз из аппарата № 16 поступает в коллектор III ступени компрессоров № 171,2. 

Всас III ступени компрессоров № 18  имеет блокировку по минимальному давлению в нем 0,05МПа 0,5 кгс/см2. 

На III ступени компрессоров № 18 пирогаз сжимается до 1,75 МПа 17,5 кгс/см2 и с температурой не выше 118 ?С затем охлаждаается оборотной водой, а затем антифризом до (25?30) ?С, а затем на всас IV ступени компрессоров 171-7.				

На IV ступени компрессоров № 18 пирогаз сжимается до 4,2 МПа 42 кгс/см2 и с температурой не менее 118 ?С, проходит холодильник №18, где охлаждается оборотной водой до температуры (35?50) ?С, затем поступает в холодильник №19, где охлаждается антифризом до температуры (25?40) ?С. 

После холодильников № 19-20 пирогаз направляется в сепарато.......................