Разработка процессов подготовки пиролизного дистиллята к переработке
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире угле-водородное сырье - нефть и природный газ считаются уникальными и исклю-чительно полезными ископаемыми, которые являются основным источником производства энергии и моторного топлива. Поэтому освоение технологии глубокой переработки углеводородного сырья, выработка нефтепродуктов с улучшенными экологическими показателями, отвечающими требованиям международных стандартов, целенаправленная утилизация производствен-ных отходов и совершенствование конструкции технологического оборудова-ния в условиях стабильного роста потребления нефтепродуктов являются приоритетными направлениями дальнейшего развития нефте- и газопере-работки.
На сегодняшний день в мире существует необходимость в ведении научных исследований по следующим приоритетным направлениям, таких как развитие теоретических основ нефте- и газопереработки, углубленное изучение свойств сырья, сокращение расходов электрической и тепловой энергии в производствен
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………..................... 5
Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРОЛИЗНОГО ДИСТИЛЛЯТА ………..……….. 12
1.1 Технологические основы переработки пиролизного дистиллята газохимических предприятий …………………………………….. 12
1.1.1 Основные представления о техническом катализе ……………… 12
1.1.2 Гидроочистка углеводородного сырья и его фракций …………… 18
1.1.3 Химизм, термодинамика и кинетика гидрирования сернистых соединений ……………………….………………………………… 19
1.1.4 Катализаторы для гидроочистки углеводородного сырья и его фракций ……………………………………………….…………….. 24
1.2 Аналитические зависимости для определения основных показателей свойств сырья и дистиллятов фракций ….………… 30
1.3 Способы и устройства для каталитической переработки и тепловой подготовки углеводородного сырья и дистиллятов ..…. 36
1.4 Выводы по главе I. Постановка цели и задачи исследования ...... 39
ГЛАВА II. ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПИРОЛИЗНОГО ДИСТИЛЛЯТА И ЕГО ФРАКЦИЙ …………..…………………….…. 41
2.1 Групповой углеводородный состав пиролизного дистиллята ……. 41
2.2 Определение фракционного состава пиролизного дистиллята …... 42
2.3 Определение основных физико-химических свойств пиролизного дистиллята ……………….…………………………………..…...… 46
2.4 Изучение зависимости плотности паров пиролизного дистиллята от температуры и давления ………………………………………… 49
2.5 Определение теплофизических свойств пиролизного дистиллята 50
2.6 Выводы по главе II ...………………………...……………………... 54
ГЛАВА III. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРОЛИЗНОГО ДИСТИЛЛЯТА …………………………………….. 55
3.1 Описание конструкции и принципа действия опытной установки …………………………………..…….………………… 55
3.2 Методика проведения экспериментов …………………………… 56
3.3 Анализ опытных данных по каталитической переработке пиролизного дистиллята в опытной установке ………………….. 58
3.4 Установление закономерности термодинамики процессов гидрогенизации пиролизного дистиллята ……………………….. 63
3.5 Обоснование выбора основных параметров гидрогенизации пиролизного дистиллята …………………………………………. 70
3.6 Расчет основных технологических параметров каталитической переработки пиролизного дистиллята ………..………………….. 72
3.7 Материальный баланс процесса гидрогенизации пиролизного дистиллята ……………………………………………………… . 78
3.8 Выводы по главе III ..………………………...……………..…..... 82
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ПОДГОТОВКИ ПИРОЛИЗНОГО ДИСТИЛЛЯТА К ПЕРЕРАБОТКЕ ……………... 84
4.1 Описание технологической схемы подготовки пиролизного дистиллята к переработке .………………………………………. 84
4.2 Расчет и подбор основного технологического оборудования для переработки пиролизного дистиллята …….................................... 87
4.2.1 Подбор реактора для гидроочистки пиролизного дистиллята …. 87
4.2.2 Подбор реактора для гидрирования гидрогенизата ………….… 94
4.3 Подбор теплообменников для тепловой подготовки пиролизного дистиллята ………………………………………….. 103
4.3.1 Расчет теплообменника для подогрева пиролизного дистиллята 103
4.3.2 Расчет теплообменника для охлаждения гидрогенизата водой .. 109
4.4 Расчет экономической эффективности внедрения в производство разработанной технологии переработки пиролизного дистиллята ………………………………………….. 114
4.5 Выводы по главе IV ……………..……………………………..…. 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………...………………….…………..……………... 119
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ….……….…......... 120
ПРИЛОЖЕНИЯ .....………. ……………………….………………..….. 133
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти: учебное пособие. - М.:КДУ, 2010. - 210 с.
2. Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов И.М. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: учебное пособие/ Под ред. С.А. Ахметова. - СПб.: Недра, 2006. - 868 с.
3. Takiyama К. Formation and Aging of Precipitates. IX. Formation of Monodisperse Particle (2) Barium Sulfate Precipitate by EDTA Method. - Bull. Chem. Soc. Japan, 1058, v. 31, № 8, p. 950-953.
4. Воронцов Е.С. О механизме кинетике топохимических реакций, протекающих с уменьшением объема твердых фаз. - Успехи химии, 1965, т. 34, № 11. - С. 2020-2038.
5. Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы/Пер с англ. Под ред. А.М. Рубинштейна.- М.: Мир, 1973. -384 с.
6. J.H. de Boer. The Shapes of Capillaries. - In: Structure and properties of porous materials. London, Butterworths, 1958, p. 68-94.
7. Рыжак И.А. Исследование генезиса морфологических структур гидроокисей и окисей алюминия и железа: Дис. ... канд. техн. наук. -Новосибирск, Ин-т катализа СО, 1971. - 122 с.
8. Каменских И.А., Ведерников В.А., Овчинникова В.А. Процессы и аппараты нефтяной и газовой промышленности: учебник для вузов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 192 c.
9. Нурмухамедов Х.С., Темиров О.Ш., Туробжонов С.М. ва б. Газ-ларни қайта ишлаш технологияси, жараён ва қурилмалари. - Тошкент: ?Фан ва технология?, 2016. - 856 б.
10. Султанов А.С. Химическая теория катализа Д.И. Менделеева и дальнейшее ее развитие. - Ташкент: ФАН, 1961. - 98 с.
11. Суханов В.П. Переработка нефти. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Высшая школа, 1979. - 335 с.
12. Кефели Л.М. Механизм образования активной окиси алюминия с
большой поверхностью// - Кинетика и катализ, 1968, т. 9, № 6.
13. Лефлер У.Л. Переработка нефти. - 2-е изд., пересмотренное/ Пер с англ. - М.: ЗАО ?Олимп-Бизнес?, 2004. - 224 с.
14. Капустин В.М., Гуреев Т
При подборе гетерогенных катализаторов учитывают их селектив-ность (избирательность), активность (производительность) и срок службы. Под селективностью катализатора понимают его способность ускорять толь-ко одну или несколько химических реакций определенного типа из числа термодинамические вероятных в данных условиях для данного сырья. Актив-ность твердого катализатора зависит главным образом от состояния его поверхности [5,с.13;].
Катализаторы обычно выпускают в виде таблеток, шариков или зерен небольших размеров. Для увеличения поверхности часто катализатор наносят
на подложку (носитель), обладающую пористой поверхностью. Носитель (активированный уголь, кизельгур, окись Al, силикагель и искусственные цеолиты) повышает активность катализатора, придает ему механическую прочность и уменьшает его расход.
Спад активности (дезактивация) катализатора наступает в результате отложения на его активных центрах продуктов реакции (кокса, смолы, пара-финов и т.д.) или вследствие воздействия в сырье каталитических ядов - серо-водород и другие сернистые соединения, окись углерода, азотистые основа-ния, галогены, содинения фосфора, мышьяка и сурьмы, а также металлы (Ni, Fe, V), содержащиеся в тяжелом нефтяном сырье. Наиболее чувствительны к ядам катализаторы, содержащие Fe, Co, Ni, Pd, If, PI, Cu и Ag. Действие каталитических ядов объясняется их необратимой адсорбцией на активных центрах катализатора.
В качестве катализаторов применяются восстановленные металлы, окислы, кислоты, основания, соли, сульфиды металлов и некоторые органи-ческие соединения. Подбор катализаторов, изучение условий их изготовления и применения, пути регенерации и другие вопросы, связанные с катализом - является неотъемлемой частью нефтехимической технологии [24-27,28,с.676-689;29,с.817,823-828,839].
Катализаторы для гидроочистки имеют вид гранул 4÷4,5 мм неправильной цилиндрической формы из высокопористого оксида Al, на поверхность которого нанесены активные металлы - Мo, Co или Ni.
В промышленной практике гидроочистку дистиллятов широких бензиновых фракций проводят на стационарном слое алюмокобальтмолибденовом (АКМ), алюмоникельмолибденовом (АНМ), а также алюмоникельмолибден-силикатном (АНМС) катализаторах (табл. 1.7), при высоких температурах и повышенном давлении [2,с.767-770;14,с.169-170;17,с.239;27;30,с.139]. Они обладают высокой механической прочностью, устойчивостью к ядам и актив-ностью в течение длительного времени.