План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12




Скачать 117.16 Kb.
НазваниеПлан Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12
Дата публикации09.07.2013
Размер117.16 Kb.
ТипЗадача
zadocs.ru > Химия > Задача
План



2. Превращение метана при термическом воздействии 9

3. Задача 12

Список литературы 13

1. Особенности технологии вторичных процессов переработки нефтяного сырья

Продукты первичной переработки нефти, как правило, не являются товарными нефтепродуктами. Например, октановое число бензиновой фракции составляет около 65 пунктов, содержание серы в дизельной фракции может достигать 1,0% и более, тогда как норматив составляет, в зависимости от марки, 0,005% – 0,2%. Кроме того, темные нефтяные фракции могут быть подвергнуты дальнейшей квалифицированной переработке. Поэтому нефтяные фракции поступают на установки вторичной обработки для улучшения качества нефтепродуктов и углубления переработки нефти. Во вторичной переработке выделяется несколько основных процессов.

^ Каталитический риформинг

Каталитический риформинг предназначен для повышения октанового числа прямогонных бензиновых фракций путем химического превращения углеводородов, входящих в их состав, до 92-100 пунктов. Процесс ведется в присутствии алюмо-платино-рениевого катализатора. Повышение октанового числа происходит за счет увеличения доли ароматических углеводородов. Выход высокооктанового компонента составляет 85-90% на исходное сырье. В качестве побочного продукта образуется водород, который используется на других установках НПЗ. Мощность установок риформинга составляет 300 – 1000 тыс. т и более в год по сырью. Оптимальным сырьем является тяжелая бензиновая фракция с интервалами кипения 85-180°С. Сырье подвергается предварительной гидроочистке – удалению сернистых и азотистых соединений, даже в незначительных количествах необратимо отравляющих катализатор риформинга.

Установки риформинга существуют 2-х основных типов – с периодической и непрерывной регенерацией катализатора – восстановлением его первоначальной активности, которая снижается в процессе эксплуатации. В России для повышения октанового числа в основном применяются установки с периодической регенерацией, но в 2000-х гг. в гг. Кстово и Ярославле введены установки и с непрерывной регенерацией, которые эффективнее технологически (возможно получение компонента с октановым числом 98-100), однако, стоимость их строительства выше.

Процесс осуществляется при температуре 500-530°С и давлении 18-35 атм. (2-3 атм. на установках с непрерывной регенерацией). Основные реакции риформинга поглощают существенное количество тепла, поэтому процесс ведется последовательно в 3-4 отдельных реакторах объемом 40 – 140 м3, перед каждым из которых продукты подвергаются нагреву в трубчатых печах. Выходящая из последнего реактора смесь отделяется от водорода, углеводородных газов и стабилизируется. Полученный продукт – стабильный риформат – охлаждается и выводится с установки. При регенерации осуществляется выжиг образующегося в ходе эксплуатации катализатора кокса с поверхности катализатора с последующим восстановлением водородом и ряд других технологических операций. На установках с непрерывной регенерацией катализатор движется по реакторам, расположенным друг над другом, затем подается на блок регенерации, после чего возвращается в процесс. Каталитический риформинг на некоторых НПЗ используется также в целях производства ароматических углеводородов – сырья для нефтехимической промышленности. Продукты, полученные в результате риформинга узких бензиновых фракций, подвергаются разгонке с получением бензола, толуола и смеси ксилолов (сольвента).

^ Каталитическая изомеризация

Изомеризация также применяется для повышения октанового числа легких бензиновых фракций. Сырьем изомеризации являются легкие бензиновые фракции с концом кипения 62°С или 85°C. Повышение октанового числа достигается за счет увеличения доли изопарафинов. Процесс осуществляется в одном реакторе при температуре, в зависимости от применяемой технологии, от 160 до 380°C и давлении до 35 атм. На некоторых заводах после ввода новых установок риформинга крупной единичной мощности, старые установки мощностью 300-400 тыс. т/год перепрофилируют на изомеризацию. Иногда риформинг и изомеризация объединяются в единый комплекс по производству высокооктановых бензинов.

^ Гидроочистка дистиллятов

Задача процесса – очистка бензиновых, керосиновых и дизельных фракций, а также вакуумного газойля от сернистых и азотсодержащих соединений. На установки гидроочистки могут подаваться дистилляты вторичного происхождения с установок крекинга или коксования, в таком случае идет также гидрирование олефинов. Мощность установок составляет 600 – 3000 тыс. т/год. Водород, необходимый для реакций гидроочистки, поступает с установок риформинга. Сырье смешивается с водородсодержащим газом (ВСГ) концентрацией 85-95% об., поступающим с циркуляционных компрессоров, поддерживающих давление в системе. Полученная смесь нагревается в печи до 280-340°C, в зависимости от сырья, затем поступает в реактор (рис. 3). Реакция идет на катализаторах, содержащих никель, кобальт или молибден под давлением до 50 атм. В таких условиях происходит разрушение сернистых и азотсодержащих соединений с образованием сероводорода и аммиака, а также насыщение олефинов. За счет термического разложения образуется незначительное (1,5-2%) количество низкооктанового бензина, а при гидроочистке вакуумного газойля также образуется 6-8% дизельной фракции. Продуктовая смесь отводится из реактора, отделяется в сепараторе от избыточного ВСГ, который возвращается на циркуляционный компрессор. Далее отделяются углеводородные газы, и продукт поступает в ректификационную колонну, с низа которой откачивается гидрогенизат – очищенная фракция. Содержание серы, например, в очищенной дизельной фракции может снизиться с 1,0% до 0,005-0,03%. Газы процесса подвергаются очистке с целью извлечения сероводорода, который поступает на производство серы или серной кислоты.

^ Каталитический крекинг

Каталитический крекинг (КК) – важнейший процесс нефтепереработки, существенно влияющий на эффективность НПЗ в целом. Сущность процесса заключается в разложении углеводородов, входящих в состав сырья (вакуумного газойля) под воздействием температуры в присутствии цеолитсодержащего алюмосиликатного катализатора. Целевой продукт установки КК – высокооктановый компонент бензина с октановым числом 90 пунктов и более, его выход составляет 50 – 65% в зависимости от используемого сырья, применяемой технологии и режима. Высокое октановое число обусловлено тем, что при КК происходит и изомеризация. В ходе процесса образуются газы, содержащие пропилен и бутилены, используемые в качестве сырья для нефтехимии и производства высокооктановых компонентов бензина, легкий газойль, компонент дизельных и печных топлив, и тяжелый газойль, сырье для производства сажи, или компонент мазутов. Мощность современных установок в среднем – 1,5 – 2,5 млн т, однако, на заводах ведущих мировых компаний существуют установки мощностью и 4,0 млн т. Ключевым участком установки является реакторно-регенераторный блок. В состав блока входит печь нагрева сырья, реактор, в котором непосредственно происходят реакции крекинга, и регенератор катализатора. Назначение регенератора – выжиг кокса, образующегося в ходе крекинга и осаждающегося на поверхности катализатора. Реактор, регенератор и узел ввода сырья связаны трубопроводами (линиями пневмотранспорта), по которым циркулирует катализатор.

Сырье с температурой 500-520°С в смеси с пылевидным катализатором движется по лифт-реактору вверх в течение 2-4 сек. и подвергается крекингу. Продукты крекинга поступают в сепаратор, расположенный сверху лифт-реактора, где завершаются химические реакции и происходит отделение катализатора, который отводится из нижней части сепаратора и самотеком поступает в регенератор, в котором при температуре 700°С осуществляется выжиг кокса. После этого восстановленный катализатор возвращается на узел ввода сырья. Давление в реакторно-регенератор- ном блоке близко к атмосферному. Общая высота реакторно-регенераторного блока составляет 30 – 55 м, диаметры сепаратора и регенератора – 8 и 11 м соответственно для установки мощностью 2,0 млн т. Продукты крекинга уходят с верха сепаратора, охлаждаются и поступают на ректификацию. Наиболее удачная, хотя и не новая, отечественная технология используется на установках мощностью 2 млн т в гг. Уфе, Омске, Москве. Мощностей каталитического крекинга на российских НПЗ сегодня недостаточно, и именно за счет ввода новых установок решается проблема с прогнозируемым дефицитом бензина. При реализации декларируемых нефтяными компаниями программ реконструкции НПЗ, вопрос решаем. За последние несколько лет в гг. Рязани и Ярославле реконструированы однотипные, сильно изношенные и устаревшие установки, введенные в советский период, а в г. Нижнекамске построена новая. При этом использованы технологии компаний Stone&Webster и Texaco.

Гидрокрекинг

Гидрокрекинг – процесс, направленный на получение высококачественных керосиновых и дизельных дистиллятов, а также вакуумного газойля путем крекинга углеводородов исходного сырья в присутствии водорода. Одновременно с крекингом происходит очистка продуктов от серы, насыщение олефинов и ароматических соединений, что обуславливает высокие эксплуатационные и экологические характеристики получаемых топлив. Например, содержание серы в дизельном дистилляте гидрокрекинга составляет миллионные доли процента. Получаемая бензиновая фракция имеет невысокое октановое число, ее тяжелая часть может служить сырьем риформинга. Гидрокрекинг также используется в масляном производстве для получения высококачественных основ масел, близких по эксплуатационным характеристикам к синтетическим. Гамма сырья гидрокрекинга довольно широкая: прямогонный вакуумный газойль, газойли каталитического крекинга и коксования, побочные продукты маслоблока, мазут, гудрон. Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности – 3 – 4 млн т/год по сырью. Обычно, объемов водорода, получаемых на установках риформинга, недостаточно для обеспечения гидрокрекинга, поэтому на НПЗ сооружаются отдельные установки по производству водорода путем паровой конверсии углеводородных газов. Технологические схемы принципиально схожи с установками гидроочистки. Сырье, смешанное с водородосодержащим газом (ВСГ), нагревается в печи, поступает в реактор со слоем катализатора, продукты из реактора отделяются от газов и поступают на ректификацию. Однако реакции гидрокрекинга протекают с выделением тепла, поэтому технологической схемой предусматривается ввод в зону реакции холодного ВСГ, расходом которого регулируется температура.

Аппаратурное оформление и технологический режим установок гидрокрекинга различаются в зависимости от задач, обусловленных технологической схемой конкретного НПЗ, и используемого сырья. Например, для получения малосернистого вакуумного газойля и относительно небольшого количества светлых фракций (легкий гидрокрекинг), процесс ведется при давлении до 80 атм. на одном реакторе при температуре около 350°С. Для максимального выхода светлых (до 90%, в т. ч. до 20% бензиновой фракции на сырье) процесс осуществляется на 2-х реакторах. При этом продукты после первого реактора поступают в ректификационную колонну, где отгоняются полученные в результате химических реакций светлые, а остаток поступает во второй реактор, где повторно подвергается гидрокрекингу. В данном случае при гидрокрекинге вакуумного газойля давление составляет около 180 атм., а при гидрокрекинге мазута и гудрона – более 300 атм. Температура процесса, соответственно, варьируется от 380° до 450°С и выше. В России до последнего времени процесс гидрокрекинга не использовался, но в 2000-х годах введены мощности на заводах в Перми, Ярославле и Уфе, на ряде заводов установки гидроочистки реконструированы под процесс легкого гидрокрекинга. Смонтированы установки в ООО «Киришинефтеоргсинтез», на заводах ОАО «Роснефть». Совместное строительство установок гидрокрекинга и каталитического крекинга в рамках комплексов глубокой переработки нефти представляется наиболее эффективным для производства высокооктановых бензинов и высококачественных средних дистиллятов.
^

2. Превращение метана при термическом воздействии


Метан — газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические. Метана много на планетах-гигантах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты — всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).

^ Источники и получение метана

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).

На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.

Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

^ Свойства метана

Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м3. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O2).

Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м2. После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.

При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

^ Применение метана

Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

^ Превращения метана

  1. Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты.

  • Метод^ BMA (Blausäure aus Methan und Ammoniak), запатентованный фирмой Degussa: прямой синтез из аммиака и метана в присутствии платинового катализатора при 1000 С температуре:




  1. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа при температур 1100ᵒС(т. н. синтез-газа):

CH4 + H2O → CO + 3H2

применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др.

  1. Выше 1400ᵒC разлагается по реакции:



Важное производное метана — нитрометан.

3. Задача


Определить диаметр реактора каталитического риформинга и высоту реакционной зоны, если в него подается 950 т/сутки сырья плотностью 0,725 гр/см3, объемная скорость подачи 1,5 ч-1, t=500 ᵒC, давление 2,4 Мпа, линейная скорость движения паров 0,4 м/с.

  1. Переведем 950 т/сут в кг/ч = 950000/24 = 39583,33 кг/ч

  2. Определяем объем реакционной массы





  1. Находим секундный объем паров





  1. Находим диаметр каталитического слоя









  1. Находим высоту реактора




^

Список литературы




  1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.

  2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.

  3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.

  4. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.







Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconБизнес план «Внедрение комплекса по переработке органических отходов...
«Внедрение комплекса по переработке органических отходов с одновременной генерацией биогаза-метана»

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 icon5. дыхание растений 7 Работа Органические вещества растений и их...
Работа Органические вещества растений и их превращения. Превращение веществ при прорастании семян 12

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 icon5. Задача о смесях (о диете, о рационе) 4
Общая задача линейного программ (целевая функция, ограничения, план задачи, допустимое множество, оптимальное решение) 3

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconОт чего зависит быстродействие аналоговых ключей?
Как происходит изменение выходного сигнала при воздействии управляющего импульса в коммутаторах?

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconАвтоматизация превращение сознательных действий при многократном...
...

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconВосприятие вместе с процессами ощущения обеспечивают непосредственно...
...

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 icon14. Первый коллоквиум леч весенний семестр 2011 вопрос n радиоактивность...
Вопрос n радиоактивность самопроизвольное превращение ядер одних элементов в другие

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconХотите поймать птицу счастья?
Друзья, вы уже поняли, насколько обширна тема планирования. Этот текст – её продолжение. Сейчас мы поговорим о планетарном воздействии...

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconЗадача 1
Задача При подготовке к экзамену студент за дней изучает часть курса, а забывает часть. Сколько дней нужно затратить на подготовку,...

План Превращение метана при термическом воздействии 9 Задача 12 iconМускульная свобода
Превращение всего нашего физического аппарата в выра­зительное средство актерского творчества — это искусство из искусств, и возможно...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов