|
Рефераты |
Материальные балансы технологических процессов НПЗМатериальные балансы технологических процессов НПЗ11 МАТЕРИАЛЬНЫЕ БАЛАНСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НПЗ Выполнил ст-т гр. ИЭТ-06 Шидаев Л.А. Проверила ассист. каф. "ХТНГ" Ибрагимова М.Д. г. Грозный 2010 Лабораторная работа №1Построение кривой истинных температур кипения нефти и составление материального баланса установки первичной переработки нефтиНефть представляет собой подвижную маслянистую жидкость легче воды от светло-коричневого до черного цвета.С позиции химии нефть сложная многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов различного химического строения с числом углеводородных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов. По химическому составу нефти различных месторождений весьма разнообразны. Менее всего колеблется элементный состав нефти: 82,5-87% углерода, 11,5-14,5% водорода, 0,05-0,35% редко до 0,7% кислорода; до 1,8% азота. Кроме того, в нефтях обнаружены в незначительных количествах очень многие элементы, в т. ч. металлы (Ca, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.)Поскольку нефть и нефтепродукты представляют собой многокомпонентную смесь углеводородов и гетероатомных соединений, то обычными методами перегонки не удается разделить их на индивидуальные соединения со строго определенными физическими константами, в частности температурой кипения при данном давлении. Принято разделять нефти и нефтепродукты путем перегонки на отдельные компоненты, каждый из которых является менее сложной смесью. Такие компоненты принято называть фракциями или дистиллятами. В лабораторных или промышленных условиях отдельные дистилляты отгоняются при постепенно повышающейся температуре кипения.При исследовании качества новых нефтей (т.е. составлении технического паспорта новых нефтей) их фракционный состав определяют на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колоннами (например, на АРН-2). Это позволяет значительно улучшить четкость погоноразделения и построить по результатам фракционирования т. н. кривую истинных температур кипения (ИТК) в координатах температура-выход фракций в% масс. (или % об) Отбор фракций до 200°С проводится при атмосферном давлении, а более высококипящих - под вакуумом во избежание термического разложения. По принятой методике от начала кипения до 300°С отбирают 10-градусные, а затем 50-градусные фракции до температуры кипения 475-550°С.Таким образом, фракционный состав нефтей (кривая ИТК) показывает потенциальное содержание в них отдельных нефтяных фракций, являющихся основой для получения товарных нефтепродуктов (автобензинов, реактивных и дизельных топлив, смазочных масел и др.) Таблица 1. Потенциальное содержание фракций в Васильевской нефти
Таблица 2. Материальный баланс установки первичной переработки нефти (производительность 3,8 млн. т/год)
11 Рис.1 Простая ректификационная колоннаМесто ввода в ректификационную колонну сырья называют питательной секцией (зоной). Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей). Нижняя часть колонны, в которой осуществляется ректификация жидкого потока называется отгонной.Лабораторная работа №3Характеристика бензина термического крекинга1. Данные для бензина термического крекингаа) Плотность, с=0,7307;б) Фракционный состав:н. к. - 37°С10% - 77°С50% - 119°С90% - 158°Ск. к. - 186°С;в) Йодное число - 107г на 100г продукта;г) Анилиновая точка - 87°С.2. Общие сведения о термическом крекингеТермический крекинг проводят при высокой температуре, обычно 450-600°С, и повышенном давлении 2 - 7 МПа. Впервые в России процесс термического крекинга разработал русский инженер В.Г. Шухов в 1891 году. Его научные идеи были осуществлены на производстве значительно позднее, в XX веке. Именно процесс термического крекинга позволил увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки. Это происходит за счет разложения тяжелых фракций нефти во время кипения под высокими температурами. Благодаря этому образуется более широкий спектр продуктов по сравнению с составом сырой первоначальной нефти.Термическим крекингом получают автомобильный бензин, технический углерод, газообразные углеводороды. Помимо этого образуются лигроин, газойль (лёгкое дизельное топливо) и кокс. Получаемое в данном процессе кокс чаще всего используется как топливо, а так же способствует подготовке исходных материалов для процесса каталитического крекинга.3. Основные факторы, влияющие на процесс (термический крекинг)Направление термический крекинг зависит от природы углеводородного сырья, его молекулярной массы и условий проведения. Процесса термический крекинг протекает в основном по цепному радикальному механизму) с разрывом связей С-С в молекулах парафиновых (С5 и выше), нафтеновых, алкилароматических и высококипящих непредельных углеводородов нефтяного сырья и связи С-H в низкомолекулярных парафиновых и др. углеводородах (рис.1). Одновременно с разрывом связей происходят реакции полимеризации (непредельные и циклопарафиновые углеводороды) и конденсации(циклизации; непредельные, нафтено-и алкилароматические и др. углеводороды), приводящие к образованию смолисто-асфальтенового крекинг-остатка и кокса. Важнейшими параметрами, определяющими направление и скорость протекания термического крекинга, являются температура, продолжительность и давление. Процесс начинает в заметной степени протекать при 300-350 °С и описывается кинетическим уравнением первого порядка. Температурная зависимость константы скорости подчиняется уравнению Аррениуса. Изменения давления влияют на состав продуктов процесса (напр., на выход остаточных фракций и кокса) вследствие изменения скоростей и характера вторичных реакций полимеризации и конденсации, а также объема реакционной смеси. При высоких температурах реакции крекинга идут быстро, поэтому не требуется большой продолжительности для достижения заданной глубины превращения сырья (глубина превращения - отношение суммы продуктов процесса отличающиеся от сырья фракционным составом к сырью). При снижении температуры реакции расщепления идут медленно, поэтому сырье должно находиться в зоне реакции более продолжительное время.4. Термический крекинг под давлениемТермический крекинг под давлением применяли ранее для переработки различного сырья - лигроина, газойлей, мазутов - с целью получения автомобильного бензина. При переработке тяжелых нефтяных остатков (полугудроны, гудроны) целевым продуктом обычно является котельное топливо, получаемое за счет снижения вязкости исходного остатка. Коксование нефтяных остатков проводят в направлении их "декарбонизации", когда асфальто-смолистые вещества, содержащиеся в исходном сырье, концентрируются в твердом продукте - коксе; в результате получаются более богатые водородом продукты - газойль, бензин и газ. Обычно целью процесса является получение кокса, но остальные продукты также находят квалифицированное применение.Разновидность термического крекинга нефтяных остатков при невысоком давлении - деструктивная перегонка - направлена на получение максимального выхода соляровых фракций при минимальном количестве тяжелого жидкого остатка. Коксование и деструктивную перегонку проводят при 450 - 550 С.Пиролиз - наиболее жесткая форма термического крекинга. Сырье пиролиза весьма разнообразно. Температура процесса 700-900° С, давление близко к атмосферному. Цель процесса - получение газообразных непредельных углеводородов, в основном этилена и пропилена; в качестве побочных продуктов образуются ароматические углеводороды (бензол, толуол, нафталин).5. Характеристика бензина термического крекингаПри средней глубине процесса крекинг-бензины обладают невысоким октановым числом (60-65); с углублением процесса концентрация ароматических углеводородов возрастает, поэтому октановое число повышается: бензин, получаемый термическим риформингом лигроина, имеет октановое число 70-72, а бензин, выделенный из смолы пиролиза, имеет октановое число 80 и выше. Йодные числа типичных бензинов, образующихся при термическом крекинге под давлением и коксовании, довольно высоки (80-100 г 12 на 100 г).Преобладание парафиновых и нафтеновых углеводородов и низкое содержание ароматических углеводородов объясняет легкий фракционный состав, высокую анилиновую точку, низкую плотность данного бензина.Значительное содержание непредельных углеводородов (до 30%) приводит к высокому йодному числу и, следовательно, низкой химической стабильности. Лабораторная работа №4Характеристика бензина каталитического крекинга1. Данные для бензина каталитического крекингаа) Плотность, с=0,7463;б) Фракционный состав:н. к. - 48°С10% - 83°С50% - 125°С90% - 162°Ск. к. - 192°С;в) Йодное число - 35г на 100г продукта;г) Анилиновая точка - 74°С.2. Общие сведения о каталитическом крекингеОсновное целевое назначение каталитического крекинга - производство с максимально высоким выходом (до 50% и более) высокооктанового бензина и ценных сжиженных газов - сырья для последующих производств высокооктановых компонентов бензинов изомерного строения: алкилата и метилтретбутилового эфира, а также сырья для нефтехимических производств. Получающийся в процессе легкий газойль используется обычно как компонент дизельного топлива, а тяжелый газойль с высоким содержанием полициклической ароматических углеводородов - как сырье для производства технического углерода или высококачественного электродного кокса (напр., игольчатого).3. Механизм каталитического крекингаВ настоящее время общепринятым механизмом каталитического крекинга является карбоний - ионный механизм Уитмора. он вытекает из кислотного характера катализатора, на поверхности которого присутствуют кислотные центры двух типов:а) протонные центры (кислоты Бредстона);б) апротонные центры (кислоты Уильсона);Образование карбония - иония может идти двумя путями:1) Присоединение к олефиновому углеводороду протона водорода, донором которого является катализатор:СН3 - СН2 - (СН3) n - СН = СН - СН3 + Н >СН3 - СН2 - (СН2) n - СН3 - СН3 - СН22) Отщепление водорода от молекулы исходного сырья:СН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН3 - R >СН3 - СН2 - СН2 - СН - СН3Образующийся карбоний - ион может крекироваться. На новый карбоний - ион и олефиновый углеводород, причем, расщепление происходит в в - положения по отношению к атому углероду с зарядом:в бСН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН - СН3 >СН3 - СН = СН2 + СН3 - СН - СН3Если карбоний - ион образуется с зарядом у первичного атома углерода (т.е. наименее устойчивый карбоний - ион), то карбоний - ион превращается до более стабильной структуры, а стабильная структура - это изоструктура или ароматическая структура:СН3 - СН2 - СН2 - СН2 > СН3 - СН2 - С- СН3|СН3Следствием этих превращений является содержание в продуктах изопарафиновых и ароматических углеводородов.4. Характеристика бензина каталитического крекингаБензины каталитического крекинга содержат в основном ароматические и нафтеновые углеводороды, причем содержание изопарофиновых и ароматических углеводородов в этих бензинах выше, чем в бензинах термического крекинга, что объясняется механизмом Уитмора. Поэтому бензины каталитического крекинга имеют более высокую плотность, чем бензины каталитического крекинга, более тяжелый фракционный состав, более низкую анилиновую точку, т.к содержание непредельных углеводородов в бензинах каталитического крекинга меньше, чем в бензинах термического крекинга, то и йодное число в них.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5Характеристика бензина каталитического риформинга1. Данные для бензина каталитического риформингаа) Плотность, с=0,7913;б) Фракционный состав:н. к. - 70°С10% - 93°С50% - 105°С90% - 169°Ск. к. - 199°С;в) Йодное число - 3г на 100г продукта;г) Анилиновая точка - 68°С.2. Общие сведения о каталитическом риформингеПроцесс каталитический риформинг предназначен для повышения детонационной стойкости бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов, главным образом бензола, толуола, ксилолов-сырья нефтехимии. Большое значение имеет получение в процессе дешевого водородсодержащего газа для использования в других гидрокаталитических процессах. Значение процессов каталитического риформинга в нефтепереработке существенно возросло в 90-е годы в связи с необходимостью производства неэтилированного высокооктанового автобнензина.3. Химизм процесса каталитического риформинга1) Дегидрирование нафтеновых углеводородов2) Дегидроциклизация парафиновых углеводородов3) Изомеризация парафиновых углеводородовнС9Н20 = i С9Н20Эти реакции являются желательными в процессе т.к способствует повышению октанового числа получаемого бензина. Но в процессе протекает одна нежелательная реакция гидрокрекинга, в результате которой снижается выход целевого продукта и увеличивается выход малоценного газа.С8Н18 + Н2 = С3Н8 + С5Н124. Характеристика бензина каталитического риформингаБензины риформинга содержат значительные количества ароматических УВ (до 60%), что объясняется химизмом этого процесса. Также по сравнению с бензином термического крекинга, бензин риформинга содержит больше изопарафинов. Это объясняет высокую плотность этого бензина, тяжелый фракционный состав, низкую анилиновую точку. Поскольку процесс протекает под давлением ВСГ, бензин риформинга практически не содержат непредельных УВ, следовательно, у них низкое йодное число.Таблица 1. Материальный баланс процесса ППН (установка АВТ)
Таблица 2. Материальный баланс процесса вторичной перегонки бензина
Таблица 3. Материальный баланс установки каталитического риформинга
Таблица 4. Материальный баланс процесса каталитического крекинга
|
|
