Файл: Курсовой проект 46 л., 4 рис., 12 табл., 15 источников, 1 прил.docx

РЕФЕРАТ

Курсовой проект 46 л., 4 рис., 12 табл., 15 источников, 1 прил.

ТЕРМОПОЛИКОНДЕНСАЦИЯ, РЕАКТОР ПЕКОВАНИЯ, ПЕК, БЕНЗИН, ЛЕГКИЙ ГАЗОЙЛЬ, ТЯЖЕЛАЯ СМОЛА ПИРОЛИЗА

В курсовом проекте была рассчитана установка получения нефтяного пека. Приведен выбор и обоснование технологии осуществления процесса. Дана характеристика качества целевых и побочных продуктов. Приведены технологические расчеты следующего оборудования: реакторов пекования, теплообменника, трубчатой печи; выбраны насосы.





СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4

1 Теоретические основы процесса 5

1.1 Краткая характеристика процесса 5

1.2 Химизм и механизм процесса 6

1.3 Основные технологические параметры процесса 11

1.4 Аппаратурное оформление 13

2 Выбор и обоснование технологического осуществления процесса 16

3 Характеристика качества целевых продуктов, катализаторов,

побочных продуктов 20

4 Технологический расчет процесса и основных аппаратов 22

4.1 Исходные данные для расчета процесса 22

4.2 Материальный баланс установки 22

4.3 Расчет реактора 24

4.4 Расчет температуры верха реактора 25

4.5 Определение скорости паров на верху реактора 29

4.6 Расчет печи 30

4.7 Расчет сырьевого теплообменника 32

4.8 Расчет и выбор насосов 34

5 Описание технологической схемы установки 36

6 Сводные показатели технологического режима 37

7 Лабораторный контроль производства 38

8 Безопасность жизнедетельности и экологичность 40

Заключение 44

Cписок используемых источников 46

Приложение А 47





ВВЕДЕНИЕ

Быстро развивающаяся, в частности электродная, промышленность России потребляет значительное количество пеков каменноугольного происхождения. Известно, что каменноугольные пеки отличаются низким содержанием серы, но высоким содержанием канцерогенов, в частности от 1 до 4% бензопиренов. Поэтому в мировой практике известны попытки перевода предприятий отрасли на использование нефтяных пеков. [1]

---

Пеки, как углеродные связующие материалы, используются в производствах композиционных материалов, обожженных и графитированных электродов, коксобрикетов, а также могут служить сырьем для производства углеродного волокна, промышленное производство которого в России, не смотря на широкую сырьевую базу, не налажено.

Наиболее целесообразным вариантом промышленной реализации производства нефтяных пеков является получение этого продукта на специализированных установках, базирующихся на оборудовании родственного термического процесса – замедленного коксования.

Несмотря на многочисленные исследования в области технологии производства связующих материалов на основе нефтяного сырья, разработки принципиальных схем и новых способов получения нефтяных пеков с улучшенными свойствами, данные процессы не находят масштабного применения на нефтеперерабатывающих заводах России. Тем временем термические процессы данной направленности могут существенно повысить глубину переработки нефти, а также обеспечить дополнительную выработку светлых фракций на основе остаточных продуктов.[3]

Таким образом, целью курсового проекта является расчет установки получения нефтяного пека из тяжелой смолы пиролиза.

1 Теоретические основы процесса
1.1 Краткая характеристика процесса
Производство нефтяных пеков осуществляется либо процессом термокрекинга тяжелого дистиллятного или остаточного сырья, проводимого при низком давлении (0,1 - 0,5 МПа), температуре 360 - 420°С и времени реакции 0,5 - 10 ч., либо термополиконденсацией крекинг-остатков или тяжелой смолы пиролиза. В настоящее время нефтяные пеки в промышленном масштабе получают только за рубежом.

Нефтяные пеки находят применение как связующий или пропиточный материал при изготовлении графитированных электродов, анодной массы, обожженных анодов, конструкционных материалов на основе графита, электроугольных изделий, угольных и коксовых брикетов.

Перспективными считаются следующие технологии производства нефтяных
пеков:
- термополиконденсацией крекинг-остатка в течение 3 - 5 ч при температуре 420 - 430°С с получением пека с температурой размягчения 65 - 90°С;

- высокотемпературной термополиконденсацией нефтяного сырья при температуре 485-500°С и давлении 1.5-3.5 МПа в термоизолированном реакторе в течение 65 - 90 мин с последующим фракционированием продуктов с получением нефтяного пека с температурой размягчения 75°С и 140°С;

---

- термополиконденсацией смолы пиролиза по двухстадийной схеме (при атмосферном давлении и температуре 350-380°С на первой стадии, и под давлением 0,2 - 0,5 МПа и температуре 390 - 400°С на второй стадии) с получением мягкого (температура размягчения 50 - 60°С) и электродного (с температурой размягчения 70 -90°С, содержание нерастворимых в толуоле веществ 18-20%) пеков.

 В качестве одного из основных видов сырья для получения нефтяных пеков используют тяжелые смолы пиролиза. Тяжелые смолы пиролиза различного углеводородного сырья имеют близкие характеристики - плотность (, молекулярную массу, коксуемость. В тяжелой смоле содержится углерода (92,7%), водорода (7,2%), серы (0,02 - 0,1%), азота (менее 0,1%), практически отсутствуют кислородные соединения.

Продукты, получаемые в процессе коксования:

- углеводородный газ после сероочистки используется в качестве технологического топлива или подвергается газофракционированию с получением сухого газа, пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций для нефтехимии.

- бензиновая фракция характеризуется низкой октановой характеристикой, химической нестабильностью вследствие высокого содержания непредельных углеводородов и повышенным содержанием серы. Подвергается сероочистке и служит в качестве компонента сырья установок каталитического риформинга;

- легкий газойль подвергается гидроочистке в смеси с прямогонными дизельными фракциями с получением высококачественного дизельного топлива;

- термогазойль (тяжелый газойль), используемый или в качестве компонента сырья процесса гидрокрекинга с получением дизельного топлива, или в качестве компонента сырья после гидрооблагораживания процесса каталитического крекинга с получением высокооктанового бензина;

-нефтяной пек является целевым продуктом, представляет собой битуминозный материал черного цвета с блестящим раковистым изломом.
1.2 Химизм и механизм процесса
Как и в других термодеструктивных процессах переработки углеводородного сырья (термический крекинг, коксование), в процессе термополиконденсации имеет место жидкофазный термолиз, отличительной особенностью которого является более высокая, чем при газофазном термолизе, концентрация реагирующих веществ в единице объема реактора.

Это означает, что вероятность столкновения реагирующих молекул значительно выше и ускоряются вторичные бимолекулярные реакции, низкомолекулярные продукты первичного распада, при этом, переходят в газовую фазу и не принимают участия во вторичных жидкофазных реакциях. Цепной процесс жидкофазного термолиза, в этих условиях, протекает с участием бензильных и фенильных радикалов. Как результат, при жидкофазном термолизе преобладает выход продуктов конденсации, а не распада.

---

Радикалы, образующиеся в жидкой фазе, окружены «клеткой» из соседних молекул, что затрудняет их перемещение, за счет необходимости преодоления дополнительного активационного барьера.

Такое явление носит название «клеточный эффект» и оказывает существенно влияние на суммарный результат процесса.

Термолиз углеводородного сырья протекает через последовательные или параллельно - последовательные стадии образования продуктов уплотнения по схеме: МЦА→ПЦА→смолы→асфальтены→карбены→карбоиды. На каждой стадии, наряду с промежуточными продуктами уплотнения, образуются газы и низкомолекулярные жидкие продукты.

Скорость процесса термодеструкции также зависит от растворяющей способности дисперсионной среды, которая определяет значение «пороговой» концентрации асфальтенов. Если среда – парафино - нафтеновые углеводороды, слабо растворяющие асфальтены, то последние выпадают из раствора при низких концентрациях. Для растворителя в виде полициклоароматических углеводородов или смол, наблюдается обратное, выпадение происходит только при превышении пороговой концентрации асфальтенов.

При жидкофазном термолизе углеводородов растворитель служит не только дисперсионной средой, но и сам участвует в реакции, асфальтены же являются полидисперсными по растворимости и молекулярной массе. В связи с этим в ходе процесса химический состав и растворяющая способность среды постоянно изменяются. По мере того, как происходит насыщение раствора асфальтенами, выделяются сначала высокомолекулярные плохо растворимые асфальтены, а затем асфальтены с более упорядоченной структурой, мезофаза и кокс. Формирование мезофазы в процессе термолиза сырья вторичного происхождения, объясняется наличием в нем полициклоароматических углеводородных фрагментов с парафино-нафтеновым обрамлением, которые либо отрываются в процессе, либо способствуют наращиванию скелетных группировок простейших структур ПЦА. Именно в результате этих процессов ПЦА выделяются из общей - изотропной массы. Значительная анизотропия формы дискообразных молекул является причиной образования мезофазы. Мезофаза представлена на рисунке 1.1.

В области температур, характерных для деструктивных процессов, сырье первичного происхождения (нефтяные остатков) может расслаиваться на две фазы. Одна из них может быть анизотропной, однако наличие в этих остатках нативных смол и асфальтенов способствует реакциям сшивки на ранних стадиях термолиза. При этом образуется неупорядоченный полукокс.

---

Рисунок 1.1– Дискотическая жидкокристаллическая фаза
Как было сказано ранее, состав сырья и жёсткость температурного режима определяют индукционный период и скорость образования мезофазы. Уменьшение индукционного периода образования мезофазы характерно для более жесткого режима. Скорость же ее образования, возрастает при температуре ниже 430 °С. Более эффективно происходит вовлечение в формирование мезофазы замещенных ароматических углеводородов – при относительно низких температурах, незамещенных ароматических углеводородов – при повышенных.

Типы основных химических реакций при жидкофазном термолизе :

1. 
   термодеструкция:
   

– расщепление углеводородов


; (1.1)


– отрыв атомов водорода радикалами


; (1.2)




; (1.3)
– рекомбинация радикалов с образованием непредельного углеводорода

2)термополиконденсация:


; (1.4)
– рекомбинация радикалов


; (1.5)
– димеризация олефинов




; (1.6)
– радикальная полимемирация

–образование карбоидных продуктов неупорядоченного строения из радикалов и бирадикалов


; (1.7)

Реакции распада или деструкции углеводородов являются эндотермическими, реакции поликонденсации или уплотнения экзотермическими. Глубину превращения сырья, в процессе термолиза, можно регулировать останавливая процесс на определенной стадии, таким образом, получая продукты нужной степени ароматизации или уплотнения.

1.3 Основные технологические параметры процесса

---