Реферат

Дипломный проект из 106 страниц печатного текста, содержит 24 таблицы, 2 рисунка. Выполнено листов демонстрационного материала.

ПИРОЛИЗ, НИЗШИЕ ОЛЕФИНЫ, ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ, ЗМЕЕВИК, ПИРОГАЗ.

Объектом исследования данной работы является проведение процесса пиролиза в трубчатых печах.

Дипломный проект состоит из следующих разделов:

- литературный обзор. Здесь рассматриваются модификации процесса пиролиза, теоретические основы термического процесса;

- технология производства. Приводится обоснование метода и технологии производства, расчет материального и теплового балансов производства, расчет основного и вспомогательного оборудования: трубчатой печи, закалочно-испарительного аппарата;

- автоматический контроль и регулирование. Осуществлен выбор средств контроля, регулирования и автоматизации;

- безопасность и экологичность проекта. Приведена характеристика процесса по взрывопожароопасности и вредности, мероприятия, ограничивающие вредное воздействие на человека и окружающую среду.

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Кинетика и катализ

1.1.1 Теоретические основы термического пиролиза

1.1.2 Теоретические основы каталитического пиролиза

1.2 Характеристика модификаций процесса пиролиза

1.2.1 Термический гомогенный пиролиз

1.2.2 Пиролиз в присутствии гетерогенныхкатализаторов

1.2.3 Пиролиз в присутствии гомогенных инициаторов

1.2.4 Пиролиз углеводородного сырья в расплавленных средах

1.2.5 Высокотемпературный пиролиз с газообразным теплоносителем

1.2.6 Термоконтактные процессы пиролиза

2. Технология производства

2.1 Обоснование способа и технологии

2.2 Экологическое обоснование производства

2.3 Технологическая схема производства

3. Исходные данные для проектирования

4. Технологический расчет

4.1 Материальный баланс

4.1.1 Материальный баланс реактора

4.1.2 Материальный баланс от аппарата к аппарату

4.1.3 Материальный баланс отделения пиролиза

4.1.4 Материальный баланс в расчете на одну печь

4.2 Тепловой баланс печи

4.2.1 Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь

4.2.2 Определение полезной тепловой нагрузки печи

4.2.3 Определение затрат тепла в радиационной и конвекционной камерах

4.2.4 Расчет процесса горения топлива

4.2.5 Тепловой баланс печи

4.2.6 Тепловой баланс реактора

4.3 Расчет основного оборудования

4.3.1 Расчет для действующего типа змеевика

4.3.2 Расчет закалочного аппарата

4.4 Расчет камеры радиации для проектируемого змеевика

4.4.1 Теплонапряженность поверхности нагрева радиационных труб, кВт/м2

4.4.2 Реакционный объем змеевика, м3

4.4.3 Необходимое количество змеевиков такого типа для замены

5. Эксплуатация производства

5.1 Нормы технологического режима

5.2 Пуск и остановка установки пиролиза

5.3 Причины и особенности аварийной остановки

5.3.1 Действия персонала во время аварии

5.3.1 Действия персонала во время аварии

5.3.2 Внезапное прекращение подачи пирогаза - останов компрессора

5.3.3 Отсутствие электроэнергии

5.3.4 Отсутствие воздуха КИП и электроэнергии на щит КИП

5.3.5 Отсутствие пара и воды

5.3.6 Прорыв газа, пожар на объекте

5.4 Лабораторный контроль производства

6. Автоматический контроль и регулирование

6.1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования

6.1.1 Поддержание постоянного уровня

6.1.2 Регулирование расхода

6.1.3 Поддержание температуры

6.1.4 Поддержание давления

6.2 Выбор средств контроля и регулирования

6.2.1 Первичные преобразователи

6.2.2 Промежуточные преобразователи

6.2.3 Вторичные приборы и регуляторы

6.2.4 Исполнительные механизмы

6.3 Описание системы контроля регулирования, сигнализации и блокировки

7. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Характеристика производственной среды и анализ опасностей и производственных вредностей

7.1.1 Основные опасности производства

7.1.2 Взрывопожароопасные, токсичные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства

7.2 Мероприятия по обеспечению безопасности производства

7.2.1 Действия, направленные на предотвращение аварийных ситуаций

7.2.2 Пожарная и взрывобезопасность

7.2.3 Электробезопасность

7.3 Анализ надежности защиты рабочих, служащих и инженерно-технического комплекса в ЧС

7.3.1 Методы и средства защиты работающих от производственных опасностей

7.3.2 Индивидуальные и коллективные средства защиты работающих, тушения возможных загораний

7.3.3 Причины аварийных ситуаций и способы обезвреживания и нейтрализации продуктов производства при разливах и авариях

7.4 Мероприятия по охране окружающей природной среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых государств определяется объемами производства низших олефинов. Основным источником их производства служит процесс термического пиролиза углеводородов с водяным паром. Этот процесс представляет собой модификацию термического крекинга нефтепродуктов, развитие которого с применением трубчатых печей началось в 10-20 годах на нефтеперерабатывающих заводах США. Первые промышленные синтезы современной нефтехимии были осуществлены на основе этилена и пропилена, выделенных из газов крекинга. Именно на установках пиролиза получают сегодня первичные продукты, обеспечивающие сырьем производства пластических масс, синтетических смол, каучуков и волокон.

В нашей стране накоплен значительный опыт в области эксплуатации отечественных и зарубежных установок, разработки и усвоение новых технических решений по системам пиролиза различных углеводородов.

Пиролиз в трубчатых печах является основным процессом производства этилена в России. Для повышения его эффективности намечено создание целого ряда мощных (300 тыс.т. этилена в год) установок, способных перерабатывать после соответствующей подготовки широкий ассортимент углеводородного сырья, включая керосиновые и газойлевые фракции, предусматривается проведение процесса в жестком режиме – при высоких температурах (до 860^оС) и скоростях подачи сырья.

1. Литературный обзор

Развитие химической промышленности за последние несколько десятилетий характеризуется увеличением производства продуктов органического синтеза. В настоящее время четыре углеводорода определяют в основном технический прогресс нефтехимической промышленности: этилен, пропилен, бутадиен, и бензол. Основным источником их производства служит процесс термического пиролиза углеводородов.

Первые установки термического пиролиза в трубчатых печах, специально предназначенные для производства низших олефинов, были сооружены в США в 30-х гг.; в странах Западной Европы, Японии и России они появились в 40-50-х гг.

В нашей стране накоплен значительный опыт в области эксплуатации отечественных и зарубежных установок, разработки и освоения новых технических решений по системах пиролиза углеводородов.

В последние 20 лет наибольшее распространение в мировой нефтехимии получил процесс термического пиролиза прямогонного бензина с водяным паром в трубчатых печах, достигший практически предельных выходов целевой продукции. Этому способствовало непрерывное совершенствование основных узлов технологических схем развивающегося производства этилена. Главными целями производителей олефинов есть оптимизация капитальных вложений, обеспечение гибкости по продуктам и сырью, проведение процесса в более жёстких (по температуре и времени пребывания) условиях.

1.1 Кинетика и катализ

1.1.1 Теоретические основы термического пиролиза

Термическое разложение углеводородов представляет собой сложный процесс, который можно представить как ряд протекающих последовательно и параллельно химических реакций с образованием большого числа продуктов. Энергетические характеристики реакций, выражаемые термодинамическими соотношениями, определяют направления и максимальную равновесную степень превращения по ним исходных веществ. Равновесную степень превращения по химической реакции можно вычислить из уравнения зависимости константы равновесия К_р от изменения стандартной энергии Гиббса (свободной энергии, G^о):

.

Степень превращения исходных веществ по реакции является однозначной функцией константы равновесия К_р, аналитическое выражение которой определяется стехиометрией реакции.

В результате термического разложения углеводородов получаются различные продукты и в том числе низшие олефины, метан, а также другие алканы меньшей молекулярной массы, чем исходный. Так, при описании пиролиза этана молекулярными реакциями основной является реакция дегидрирования с образованием этилена. При пиролизе пропана наряду с дегидрированием до пропилена происходит расщепление до этилена и метана [1].

Аналогично реакциям дегидрирования и расщепления по двум направлениям можно представить разложение н-бутана. Алканы С₂-С₄ разлагаются согласно молекулярным реакциям [1]:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

Согласно расчетам [1], равновесное дегидрирование алканов С₃-С₄ может пройти до конца при температуре 800-850^оС, а дегидрирование этана – лишь при 900-950^оС. Реакции расщепления алканов могут завершаться при более низкой температуре, порядка 250-450^оС (Рисунок 1.1), причем, чем больше атомов С в молекуле исходного углеводорода, тем более низкой температуре соответствует его полное равновесное расщепление [1].

Рисунок 1.1 - Температурная зависимость равновесной степени превращения алканов С3 - С4 по реакциям дегидрирования и расщепления

(Номера кривых 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответствуют номерам реакций в тексте 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6)

Одной из реакций пиролиза алканов является разложение их на С и Н. С повышением температуры равновесная степень разложения алканов и олефинов по этой реакции возрастает, а ацетилена падает. Поэтому при температуре 1400^оС ацетилен становится термодинамически более стойким, чем этилен. Стабильность углеводородов к разложению по этому направлению уменьшается с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Практически в условиях пиролиза, т.е. при малом времени пребывания сырья в зоне реакции, распад алканов и олефинов на С и Н, несмотря на его большую равновесную вероятность, осуществляется из-за кинетических ограничений в небольшой степени [1].

Важнейший параметр процесса – температура – определяет степень превращения исходных веществ по реакциям, протекающим при пиролизе, так и распределение продуктов пиролиза. С увеличением температуре в результате первичной реакции повышаются выходы низших олефинов, метана и водорода и снижается выход алканов.

В условиях обычного пиролиза, когда глубина разложения исходных веществ достаточно велика, с определенной глубиной протекают и вторичные реакции, например разложение олефинов и диолефинов, образующиеся на первой стадии, реакции типа присоединения и т.д. Хотя скорость вторичных превращений в меньшей степени зависит от температуры, чем первичные, однако такая зависимость существует и характеризуется величинами энергии активации соответствующих реакций. Поэтому выходы продуктов реакций пиролиза углеводородов при различных температурах определяются не только зависимостью глубины превращения исходного вещества от температуры. Характер температурной зависимости выходов продуктов обычно более сложен и, как правило, устанавливается для различных видов сырья экспериментально.

Другим важным параметром пиролиза является время пребывания пиролизуемых веществ в зоне реакции, называемое иногда временем контакта. Под временем пребывания понимают промежуток времени, в течение которого поток реагирующего вещества находится в реакционном змеевике при таких температурах, когда реакция пиролиза протекает с значительной скоростью. Условной температурой начала реакции в случае углеводородов С₅-С₁₀ (прямогонный бензин) можно считать 650^оС (см. Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Зависимость выходов В продуктов пиролиза прямогонного бензина в зотермическом реакторе от температуры t:

1 – С₂Н₄; 2 – СН₄; 3 – С₃Н₆; 4 – С₄Н₈; 5 – С₄Н₆

Скорость первичных реакций, в ходе которых образуются олефины, в большей мере возрастает с увеличением температуры, чем скорость вторичных, и для каждого из промежуточных продуктов – низших олефинов – существует оптимальное, зависящее от температуры, время пребывания реагента, причем с повышением температуры величина оптимального времени пребывания уменьшается.