Производство этилена пиролизом этана

Учреждение  образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Факультет          Технологии органических веществ                                                                                                                                                                             Кафедра             Технологии нефтехимического синтеза и переработки полимерных материалов                                                                                                                                

Специальность 1 – 43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический           

                            менеджмент»                                                                                                 

Специализация 1 – 43 01 06 02 «Энергоэффективные технологии в химической                                         промышленности»                                                                                         

 

   

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

по дисциплине                   «Технология и оборудование основного органического, нефтехимического синтеза»                                                                                                                                    

Тема                          Производство этилена пиролизом этана мощностью 150000 т/год                                                                                                                   

 

 

Исполнитель

студент   4   курса группы   7                                             Н.В. Ярош       

                                                             ^{подпись,  дата                       инициалы и фамилия} 

 

 

Руководитель    

               доцент                                                              Р.М. Долинская     

   ^{должность,  ученая степень,  ученое звание               подпись, дата                           инициалы и фамилия} 

 

 

 

Курсовой проект защищен с оценкой____________

Руководитель                                       Р.М. Долинская    

   ^{подпись           инициалы и фамилия}

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

Реферат

 

Расчётно-пояснительная  записка содержит 32с., 6 рис., 5 источников, 5 таблиц.

ЭТИЛЕН, ЭТАН, ПИРОЛИЗ, ПРОМЫШЛЕННЫЙ СИНТЕЗ, БЕНЗИН, МЕТАНОЛ, НЕФТЬ, ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

Целью выполнения курсового проекта является разработка технологии производства этилена пиролизом этана.

Выполнен аналитический  обзор литературы по производству этилена  пиролизом этана. По современным  методикам рассчитан и составлен  материальный баланс узла пиролиза, а  также тепловой баланс закалочно-испарительного аппарата.

В результате спроектирована технологическая схема по производству этилена пиролизом этана мощностью 150000 т/год.

Графическая часть  включает:

– технологическая  схема – 1 лист формата А1.

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………….5

1. Аналитический  обзор……………………………………………………………………6

1.1 Теоретические  сведения процесса пиролиза………………………………………….6

1.2 Способы получения  этилена…………………………………………………………..10

1.2.1 Непрерывный  контактный пиролиз во взвешенном слое твердого теплоносителя………………………………………………………………………………10

1.2.2 Непрерывный  пиролиз в движущемся слое  твердого теплоносителя……………11

1.2.3 Каталитическое  гидрирование ацетилена в этилен………………………………..13

1.2.4 Окислительный  пиролиз этана……………………………………………………...14

1.2.5 Пиролиз  углеводородного сырья в расплавленных  средах……………………….16

1.2.6 Пиролиз  в присутствии гетерогенных катализаторов  и гомогенных инициаторов………………………………………………………………………………..16

1.2.7 Пиролиз в трубчатых печах…………………………………………………………17

2 . Технологическая часть…………………………………………………………………20

2.1 Химизм процесса………………………………………………………………………20

2.2 Описание  технологической схемы……………………………………………………20

2.3 Технико-технологические  расчёты………………………………………………...…22

2.3.1 Материальный  расчет………………………………………………………………..22

2.3.2 Тепловой  расчет аппарата…………………………………………………………..28

Список использованных источников…………………………………………………….32

 

 

Введение

 

Этилен впервые  был получен немецким химиком  Иоганном Бехером в 1680 году при действии купоросного масла на винный спирт. Вначале его отождествляли с "горючим воздухом", т.е. с водородом. Позднее, в 1795 году этилен подобным же образом получили голландские химики Дейман, Потс-ван-Труствик, Бонд и Лауеренбург и описали под названием "маслородного газа", так как обнаружили способность этилена присоединять хлор с образованием маслянистой жидкости - хлористого этилена ("масло голландских химиков").

Изучение свойств  этилена, его производных и гомологов  началось с середины ХIХ века. Начало практическому использованию этих соединений положили классические исследования А.М. Бутлерова и его учеников в области непредельных соединений и особенно созданная Бутлеровым теория химического строения. В 1860 году он получил этилен действием меди на йодистый метилен, установив структурную формулу этилена.

Этилен относится  к тем немногим веществам, на базе которых развивались сначала  структурные теории строения, затем  классический органический синтез и, наконец, нефтехимический синтез. В настоящее  время этот один из простейших углеводородов  приобрел огромное значение как сырье номер один для органического и нефтехимического синтеза. Социальной и технической потребностью в многотоннажном производстве, прежде всего этилена, его производных, гомологов, а также других непредельных углеводородов: диеновых, стирола, ацетилена и других определяются прогресс и перспективы сегодняшней нефтехимии.

Основные направления  использования этилена включают производства: полиэтилена, поливинилхлорида, стирола, пропионовой кислоты, этанола, ацетальдегида, винилацетата, этиленгликоля, пропионовой альдегида. В конечной структуре потребления этилена 65-70% занимают пластические массы, 10% - производные этиленгликоля (главным образом производные, антифризы), 5% - синтетические волокна, 5% - растворители и 10-25% прочая продукция.

Непрерывный рост потребности этилена, являющегося  важнейшим нефтехимическим сырьем для производства чрезвычайно широкого ассортимента продуктов, вызывает непрерывный  рост сырьевых ресурсов.

В настоящее  время основная тенденция развития производства этилена сопровождается утяжелением сырья пиролиза, так как прирост экономически выгодных видов сырья, какими являются жидкие газы, значительно отстают от прироста потребных ресурсов сырья.

 

 

1 Аналитический обзор

 

1.1 Теоретические  сведения процесса пиролиза

 

Пиролиз углеводородов  природного газа или жидких углеводородных фракций, выделенных из нефти, протекает  при температурах свыше 700°С.

В ходе технологического процесса пиролиза в основном осуществляются следующие реакции:

а) дегидрогенизация, характеризующаяся разрывом химической связи С - Н;

б) деструкция, характеризующаяся разрывом связи  С - С;

в) реакции изомеризации;

г) реакции типа синтезов - полимеризация, циклизация, реакции конденсации и т. п.

Процессы дегидрогенизации и деструкции являются эндотермическими первичными, а все остальные - экзотермическими вторичными реакциями [1].

Газообразное  сырье (этан и его смеси) является наилучшим сырьем с точки зрения получения максимальных выходов  этилена. Состав продуктов пиролиза этого сырья зависит от глубины конверсии (степени превращения), которая в промышленной практике определяется конкретными условиями производства: необходимостью выработки заданного объема продуктов, загруженностью узла компримирования и системы газоразделения, энергетическими затратами и др. Ниже рассмотрено изменение некоторых показателей при пиролизе этана, так как на практике степень его превращения колеблется в широких пределах.

На рисунке 1.1 показаны зависимости выходов этилена  и метановодородной фракции, а также  селективности по этилену (отношение выхода этилена к степени превращения этана) от степени превращения этана для печей одно го типа. В промышленности степень превращения этана колеблется от 0,53 до 0,73. С ее увеличением селективность падает, так как выход побочных продуктов растет быстрее, чем выход этилена. Следовательно, требуется больше сырья для получения заданного количества этилена. С уменьшением степени превращения возрастает доля возвращаемого на пиролиз этана, требуется большее число печей, увеличивается нагрузка на компрессор и систему газоразделения.

 

 

 

 

 

                            

Рисунок 1.1 –  Зависимость выхода В (1) этилена и метановодородной фракции (2) от степени превращения этана Х

 

При пиролизе любого сырья непревращенный этан всегда возвращается в процесс. И в этом случае степень его превращения может определяться конкретными условиями. Так, при пиролизе бензина в режиме средней жесткости, когда необходимо обеспечить значительный выход пропилена, а компримирование является «узким местом» целесообразно повысить степень превращения этана, чтобы за счет снижения возврата его на пиролиз увеличить расход бензина [1].

В таблице 1.1 даны выходы продуктов пиролиза этана  в промышленных печах при различных  степенях его превращения. Как следует из таблицы, с увеличением степени превращения выход водорода меняется незначительно. То же относится и к пропилену, в то же время выход метана резко увеличивается. Выход жидких продуктов из этана составляет 2-3%: большая часть из них представляет собой ароматические углеводороды: бензол -1,3%, толуол - 0,2%, углеводороды С₈ - С₉ -0,6% и тяжелая смола – 0,3% [2].

К числу основных параметров в наибольшей степени  влияющих на процесс пиролиза, относятся  температура, время пребывания сырья  в реакторе и парциальное давление взаимодействующих углеводородов. Применяемые в промышленной практике величины этих важнейших параметров устанавливаются в соответствии с известными зависимостями термодинамики и кинетики реакций углеводородов при пиролизе.

Используют также в качестве показателя жесткости отношение выходов пропилена к этилену, которое снижается по мере увеличения жесткости, либо в некоторых случаях выход этилена. Но всем указанным показателям свойственен недостаток: их величины зависят от типа и состава сырья, поэтому дается лишь относительное представление о жесткости процесса [3]. 

 

Таблица 1.1 –  Условия процесса и выход продуктов  при пиролизе этана в промышленных печах различного типа

Показатель	Тип змеевика печи
	Вертикальный	Горизонтальный	Вертикальный	"Миллисеконд"
Температура в  змеевике, °С
Вход	680	670	640
Выход	835	830	835	900
Разбавление паром, %	40	30	40
Время реакции, с			0,85	0,07
Степень превращения  этана,%	60	63,2	67,4	53
Выход, %
Н2	3,71	4,18	4,42	3,3
СН4	3,35	5,6	7,36	2,7
С2Н2	0,2		0,5	0,7
С2Н4	48,68	48,9	48,3	43,1
С2Н6	39,27	36,4	32,2	47
С3Н6	1,09	1,47	1,48	0,7
С3Н8	0,21	0,14	0,14	0,1
С4Н6	1,12	0,88	1,74	0,2
С4Н8	0,21	0,14	0,6	1
С4Н10	0,3	0,2	0,18	0,7
С5+	1,6	1,96	3	0,4