Проектирование установки пиролиза
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время по объёму и по ассортименту выпускаемой продукции вне конкуренции находятся олефиновые нефтехимические комплексы, основой которых является процесс пиролиза – деструктивного превращения исходных углеводородов при температуре выше 650-900оC, как правило, в присутствии водяного пара. Если из попутных газов получают в основном этилен, то пиролиз нефтяных фракций позволяет дополнительно к C2H4 получать ценнейший набор углеводородов (пропилен, бензол, бутадиен, изопрен, изобутилен, бутены, изоамилены, ацетилен). Наличие в их составе трёх базовых и самых крупнотоннажных соединений – этилена, пропилена и бензола – ещё раз подчёркивает уникальность пиролиза. Уже 40 лет именно эти продукты являются основой сырьевой базы нефтехимической промышленности, и в настоящее время их годовой выпуск – один из основных показатель потенциала промышленного развития страны [1].
Производство этилена в России сократилось с начала года на 4,7%. В феврале был зафиксирован спад производ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Литературный обзор 8
1.1 Механизм процесса и схема химических превращений 8
1.2 Основные параметры, влияющие на процесс пиролиза 10
1.3 Технологические параметры процесса 14
1.4 Методы пиролиза 15
1.5 Разработка модели управления печью пиролиза 19
1.6 Печные трубы из жаропрочного сплава 21
2 Технологическая часть 24
2.1 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов 24
2.2 Описание технологической схемы 26
2.3 Рабочие технологические параметры 29
2.4 Описание работы основного аппарата 30
2.5 Материальный баланс печи пиролиза 31
2.6 Технико-технологические расчеты 38
3 КИП и автоматизация производства 46
3.1 Цели и задачи создания системы 46
3.2 Обоснование выбора соответствующих средств контроля и управления 48
3.3 Спецификация приборов и средств автоматизации 51
4 Механическая часть 62
4.1 Описание материала конструкции печи 62
4.2 Расчет болтовых соединений 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Караханов Э.А. Что такое нефтехимия // Соросовский Образовательный Журнал / Э.А.Караханов. – 2020. – №2. – С. 65-73. – Текст : непосредственный.
Мухина Т.Н. Пиролиз углеводородного сырья / Т.Н. Мухина – Москва: Химия, 2020. – 240 с. – Текст : непосредственный.
Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза / И.И. Юкельсон. – Москва:Химия, 2021. – 846 с. – Текст : непосредственный.
Нуртдинов С.Х. Пиролиз углеводородного сырья в трубчатых печах / С.Х. Нуртдинов – Казань: Казан.гос.технол. ун-т, 2019. – 80 с.
Гариева Ф.Р. Дипломное проектирование по специальности 250100: учебное пособие / Казан. гос. технол. ун-т; сост. Ф.Р. Гариева – Казань, 2021. – 60 с. – Текст : непосредственный.
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского- Москва: Химия, 2022. – 272с. – Текст : непосредственный.
Рябов И.В. Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности / И.В. Рябов. – Москва: Химия, 2017. – 565 с. – Текст : непосредственный.
Гимранов Ф.М. Безопасность жизнедеятельности. Взрыво- и пожаробезопасность производственных объектов и технологических процессов: учебное пособие / Ф.М. Гимранов – Казань: Казан. гос. технол. ун-т, 2019. – 148 с. – Текст : непосредственный.
Кашарский В.М. Системы автоматизации, регулирования и вычислительные системы. справочник / В.М. Кашарский. – Москва: Химия, 2020. – 450 с. – Текст : непосредственный.
Масальский К.Е. Пиролизные установки / К.Е. Масальский, В.М. Годик. – Москва: Химия, 2018. – 143 с. – Текст : непосредственный.
Тимофеев В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза / В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов – Москва: Высшая школа, 2020. – 536 с. – Текст : непосредственный.
Лащинского Н.Н. Справочник по основам конструирования и расчетов химической аппаратуры / под ред. Н.Н. Лащинского и Н.А. Толчинского – Санкт-Петербург: Машиностроение, 2
К отрицательным последствиям относятся затраты энергии на нагрев до температуры реакции, рост инвестиций, связанных с необходимостью увеличения размеров печи и усложнения системы разделения продуктов пиролиза. Необходимое количество вводимого пара зависит в основном от молекулярной массы исходных углеводородов и лежит в интервале 0,25-1т на тонну сырья соответственно для этана и тяжёлых нефтяных фракций [2].
Итак, основная реакция пиролиза – крекинг углеводородной цепи с олефина и парафина. Её первичные продукты могут претерпевать дальнейшее расщепление. В конечном итоге получается смесь лёгких углеводородов, богатая олефинами. Дегидрирование соответствующих олефинов приводит к образованию ацетилена и его производных, а также бутадиена и других диеновых углеводородов, обладающих высокой реакционной способностью. Последние в условиях пиролиза вступают в реакции циклизации и Дильса-Альдера. При дегидрировании из циклоолефинов получаются арены, в частности бензол, являющиеся в свою очередь, предшественниками полициклических углеводородов и кокса. Протеканию последних реакций благоприятствует повышение температуры до 900-14000С [2].
Другой нежелательный процесс – полимеризация ненасыщенных углеводородов в условиях пиролиза практически не протекает. Это реакция экзотермична и начинается лишь при понижении температуры. Быстрое преодоление температурной области, где она уже возможна, и скорость её ещё высока – основная задача стадии охлаждения газов пиролиза [4].
С увеличением времени пребывания сырья в зоне высоких температур увеличивается вклад нежелательных