Проверочный расчет установки пиролиза этана

Для уменьшения скоростей вторичных  реакций и увеличения скорости газификации откладывающегося кокса в качестве добавок предложено применять органические и неорганические соединения S и P, соли и гидроксиды некоторых металлов. К синергетическому эффекту (увеличение скорости и снижение коксообразования) приводит использование в качестве активирующей добавки продуктов озонолиза определенных нефтепродуктов, включающих одновременно и серо- и кислородсодержащие фрагменты.

Эффективной добавкой к исходной нефтяной фракции пиролиза могут служить водород или вещества, образующие его в условиях процесса. Кроме положительного влияния на скорость первичных реакций присутствие Н₂ снижает степень коксообразования. Недостатки варианта гидропиролиза связаны с дополнительным расходом водорода и увеличением объема газообразных продуктов пиролиза, что приводит к ухудшению показателей стадии разделения пирогаза. С целью их устранения был предложен вариант поведения пиролиза в условиях повышенного давления водорода - 2,0-2,5 МПа. В жестких условиях при пиролизе бензинов выход этилена составляет около 40%, метана - 34%. Аналогичные результаты получены при подаче в зону пиролиза нафты или газойля водородсодержащих продуктов предварительно проведенного пиролиза этана.

Термоконтактный пиролиз возможен с использованием жидких, газообразных и твердых теплоносителей. Применение для этой цели расплавов (металлов, их солей и шлаков) имеет достоинства: высокоэффективная теплопередача, возможность переработки практически любых видов сырья, простота непрерывной эвакуации сажи и кокса из зоны реакции. Пиролиз в расплавах позволяет получать из широких нефтяных фракций этилен с высоким выходом (до 25% при пиролизе нефти). Значительный комплекс работ в этом направлении с изучением различных способов технологического оформления процесса выполнен советскими учеными. Исследованы различные способы контактирования углеводородов с теплоносителем: барботаж через слой расплава, переработка в дисперсии или пленке расплава. По способу подвода тепла возможен прямой контакт расплава со средой либо через стенку аналогично процессу пиролиза в трубчатых печах.

Основные проблемы пиролиза в расплавах  связаны с необходимостью нагрева и циркуляции теплоносителя. С целью их решения проверен вариант пиролиза в трубчатых печах с дисперсионно-кольцевым течением расплава. За счет повышения теплонапряженности поверхности змеевика удалось значительно сократить его длину, а значит, и время пребывания в нем сырья до 0,05 с. Соответственно наблюдали и увеличение выхода этилена при пиролизе бензина с 28 до 41%. Применение расплавов металлов с температурой плавления < 300 С в некоторой степени упрощает технологию подвода тепла и разделения продуктов, однако не решает эту проблему в полной мере./11/

Вариант пиролиза с использованием высоконагретых газообразных теплоносителей начали активно изучать еще в 60-х годах. Первоначально использовали дымовые газы или их смесь с перегретым водяным паром преимущественно для получения ацетилена. Однако невысокие технико-экономические показатели этого направления заставили отказаться от него, ориентируясь на перегретый до 1600-2000 ^oС водяной пар. При температуре 900-1200 ^oС (на выходе из адиабатического реактора) и времени пребывания 0,005 с из нефти получают пирогаз с высоким содержанием этилена (до 21%) и ацетилена (до 13%), а также жидкое сырье для производства графитовых материалов. Японская фирма "Kurecha Chemical Industry" в 1970 году начала эксплуатацию промышленной установки такого типа мощностью 100 тыс. т по перерабатываемой нефти. Дальнейшим развитием технологии этого процесса занимался консорциум японских фирм и "Union Carbide". Мощность опытных установок была доведена до 2000 т этилена в год, но запланированные сроки промышленной реализации проекта все время отодвигаются. Аналогична судьба и русского аналога, применявшего в качестве теплоносителя смесь водяного пара и водорода и предназначенного для пиролиза вакуумного газойля и мазута.

Появление перспективных  вариантов каталитического, инициированного, водородного пиролиза пока не привело к кардинальному пересмотру сложившихся представлений. Зато достигнут значительный прогресс на стадии разделения, в результате которого стали доступными индивидуальные бутены, изо- и н-амилены, изопентан, изопрен, дициклопентадиен, что может дать резкий толчок развитию новых промышленных синтезов на их основе. Расширение сырьевой базы и спектра продуктов пиролиза, согласно большинству прогнозов, сохранит за ним ключевые позиции в нефтехимии и в реально обозримом будущем /12/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

 

2.1 Характеристика сырья, материалов и полуфабрикатов

 

Характеристика сырья, материалов и полуфабрикатов приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Характеристика сырья, материалов и полуфабрикатов

Наименование сырья, материалов, полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, техни-ческие условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели обязательные для проверки	Регламентируе-мый показатель с допустимыми отклонениями
1	2	3	4
2.1. Этановая фракция	ТУ 0272-022-00151638-99	Все показатели по техническим условиям	В соответствии с техническими условиями
2.2. Этановая фракция-рецикл		Содержание этилена, %, не более	1,0
2.3. Газ пиролиза после водной промывки		1.Компонентный состав (не регламентируется), %об. Водород Метан Этан Этилен Ацетилен Сумма углево-дородов С3 Сумма углево-дородов С4	23 -33 4-9 14-28 24-32 0,02-0,20 0,30-0,85       0,10-0,55

 

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4
		Сумма углево-дородов С5+6 2. Удельный вес, кг/м3	0,01-0,1   0,79-0,85
2.4. Пропилен для заполнения системы холодильного цикла	По регламенту цеха 2021-2045	1. Сумма углеводородов С2 ,%об., не более 2. Сумма бутиленов, %об., не более	2     0,4
2.5. Этилен для заполнения системы холодильного цикла	По настоящему регламенту	Все показатели на этилен – по разделу 2	В соответствии с разделом 2
2.6. Топливный газ – метано-водородная фракция	По регламенту цехов I-IU очередей газоразделения	Содержание этилена, % об., не более	3
2.7. Метанол – яд технический	ГОСТ 2222-95	1. Внешний вид       2. Плотность r204, г/см3 3. Массовая доля воды, %, не более 4. Испытание с перманганатом  калия, мин., не менее	Бесцветная прозрачная жидкость без нерастворимых примесей 0,791-0,792   0,08     30
2.8. Натр едкий технический (для приготовления 10% раствора)	ГОСТ 2263-79 марка РД	Массовая доля едкого натра, %, не менее	44

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4
2.9. Керосин осветительный (промывное масло)	ТУ 38.401-58-10-90	1. Плотность при 20°C, кг/м3, не более 2.Фракционный состав:до 200°C перегоняется, %, не менее 3.Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C, не ниже 4.Кислотность мг КОН на 100 см3 керосина, не более 5. Испытание на медной пластинке 6. Содержание механических примесей и воды	830     50       40       1,3   Выдерживает     Отсутствие
2.10. Цеолит синтетический типа КА-3М	ТУ 38.103100-92	1. Размер гранул, мм: диаметр 2. Массовая доля потерь при  прокаливании, %, не более	3,5±0,5     4,9
2.11. Катализатор палладированный  уголь	ТУ 6.09-5516-84	1. Массовая доля палладия в  пере-счете на сухое вещество, %, в пределах 2. Массовая доля воды, %, не  бол	1,8-2,0       1,0

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4
		3. Насыпная плотность, г/дм3, в пределах	520-600
2.12. Вода частично обессоленная	Технологический регламент корп. 0813	1. Жесткость, мг·экв/л, не более 2.Солесодержание, мг/л, не более 3. Значение РН 4. Содержание соединений железа (в пересчете на Fе), мг/л, не более	10     50   8,5-9,2 0,1
2.13. Питательная вода (после деаэрации)	ОСТ 108.034.02-79	Содержание растворенного кислорода, мкг/кг, не более	100
2.14. Азот	Регламент № 46-96 производства азота, кисло-рода и сжатого воздуха	1. Содержание основного вещества, %, не менее 2. Точка росы, ºC, не выше	99,7       Минус 30
2.15. Воздух КИП	ГОСТ 17433-80	В соответствии с ГОСТ	В соответствии с ГОСТ
2.16. Масло компрессорное КП-8С	ТУ 38.1011296-90	1. Вязкость кинематическая, мм2/с (сСт) при 100ºC при 40ºC 2. Зольность, %, не более 3. Содержание	6,5-9     41,4-50,6   0,005 отсутствие

 

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4
		механических примесей 4. Содержание воды 5. Массовая доля серы, %, не более 6. Температура вспышки в открытом тигле, ºC, не ниже 7. Температура застывания, ºC, не  выше 8. Кислотное число мг КОН на 1 г масла, не более	отсутствие   0,5     200     Минус 15   0,05
2.17. Синтетический цеолит КА-У	ТУ 2163-006-05766557-98	В соответствии с техническими условиями	В соответствии с техническими условиями
2.18. Топливо для реактивных двига-телей марки ТС-1	ГОСТ 10227-86	В соответствии с ГОСТ	В соответствии с ГОСТ

 

2.2 Характеристика производимой продукции

 

2.2.1 Целевой продукт - Этилен С₂Н₄

По физико-химическим показателям  этилен должен соответствовать следующим требованиям:

Объёмная доля этилена, %, не менее   - 99,9

Объёмная доля пропилена, %, не более - 0,005

Объёмная доля метана и этана,

(пропана и бутадиена), %, не более - 0,1

Объёмная доля ацетилена, %, не более - 0,001

Объёмная доля диеновых углеводородов

(пропадиена и бутадиена), %, не  более - 0,0005

Объёмная доля двуокиси углерода, %, не более - 0,002

Объёмная доля окиси углерода, %, не более - 0,0005

Объёмная доля метанола, %, не более - 0,001

Объёмная доля кислорода в продукте,

поставляемом по трубопроводу, %, не более - 0,0005

Массовая концентрация серы, мг/м³, не более - 1

Массовая доля воды, %, (точка росы, ºC),

не более - 0,001

Температура этилена на входе в  коллектор,

ºC, не ниже - минус 5

Давление этилена на входе в  коллектор,

кгс/см² (МПа) - (1,6-2,1)

Этилен – бесцветный газ со сладковатым  эфирным запахом.

Этилен является сырьём для производства полиэтилена и окиси этилена.

 

       2.2.2 Побочные продукты:

• Метановодородная фракция (МВФ) – бесцветный, почти без запаха, горючий газ.

Примерный состав:

Водород до  - 80% об.

Метан до - 17 % об.

Этилен до - 3 % об.

Метано-водородная фракция используется в качестве топливного газа, для гидрирования ацетилена в этан-этиленовой фракции, для регенерации осушителей пирогаза, а также для передачи на установку получения компонента моторного топлива ТАК и в цеха I,II,IU очередей газоразделения.

• Этановая фракция (рецикл).

Этан (С₂Н₆) – газ без цвета и запаха.

Содержание этилена в этановой фракции (рецикле) не более 1% об.

Этановая фракция (рецикл) возвращается на печи пиролиза.

• Фракция С₃ и выше направляется в цех 65-76 кол. К-306 для дальнейшего

разделения – получения пропилена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Описание технологического процесса производства

 

3.1 Пиролиз этана в трубчатых печах

 

Пиролиз этана в трубчатых печах  и использование физического тепла для производства пара.

Процесс пиролиза этановой фракции осуществляется в четырех поточных печах, укомплектованных акустическими горелками типа АГГ и с вертикальными радиантными змеевиками.

Сырье – этановая фракция по этанопроводу Миннибаевского и Оренбургского заводов диаметром 500 мм поступает по эстакаде № 19. На этанопроводе установлена отсекающая запорная арматура, приборы по замеру расхода, давления и температуры этановой фракции.

В коллектор этановой фракции после  регулирующего клапана врезаны: линия возврата этана от осушителей К-9 А/Б/В.