Каталитическая изомеризация.

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………4

1. Каталитическая изомеризация…………………………………………....5

1.1 Теоретические основы процесса изомеризации……………………..5

1.2 Технологическая схема процесса изомеризации…………………….10

2. Расчет реакторного блока установки высокотемпературной изомеризации фракции н.к. – 62 °С.……………………………………..13

2.1 Исходные данные……………………………………………………..13

2.2 Материальный баланс процесса изомеризации….…………..……14

2.3 Тепловой баланс процесса изомеризации……………….…………19

2.4 Расчет реакторного блока……………………......................................24

2.5 Гидравлический расчет реактора……………….…………..………28

Вывод………………………………………………………… ………….………32

Список использованной литературы…………………………………...……….33

 

Введение

Изомериз а ция - превращение какого-либо химического соединения в его изомер. При изомеризации могут изменяться углеродный скелет молекулы, характер функциональных групп и их положение, может происходить сужение или расширение цикла и т. д.

Реакции изомеризации имеют широкое распространение в нефтеперерабатывающей промышленности. Их нельзя не учитывать при рассмотрении процессов каталитического крекинга и риформинга; кроме того, они имеют самостоятельное значение и используются для повышения октановых чисел компонентов моторных топлив и получения индивидуальных изоалканов С4 и C6. Изобутан применяют в процессе алкилирования и для получения изобутилена для синтеза метил-трет-бутилового эфира. Изопентан подвергают дегидрированию с целью получения изопрена для нефтехимической промышленности.

Высокооктановый компонент бензина получают изомеризацией наиболее легкой части бензина прямой перегонки — фракции С4 — С6. Изомеризация высших алканов не дает существенного повышения октанового числа. Вместе с тем слаборазветвленные алканы с длинной цепью являются желательными компонентами реактивных и дизельных топлив, а также масляных фракций. Они имеют низкую температуру застывания и хорошие цетановые и вязкостно-температурные характеристики. Изомеризация высокомолекулярных алканов повышает качество топлив и масел и в ряде случаев успешно конкурирует с депарафинизацией нефтяных фракций.

 

 

Каталитическая изомеризация.

Исходные данные

1. Количество исходного сырья – 25 000 кг/ч;

2. Состав исходного сырья % масс.

№	Компонент	Молекулярная масса i -компонента, кг/кмоль	массовая доля i - компонента
1	С4Н10	58	0,0490
2	и-С5Н12	72	0,0630
3	н- С5Н12	72	0,8100
4	и-С6Н14	86	0,0110
5	н-С6Н14	86	0,0400
6	С7+	100	0,0270
	итого	-	1,0000

 

3. Состав водородсодержащего газа % масс.: Н₂ – 98,4 %; моноэтаноламин –

1,6%;

4. Температура ввода сырья – 445 °С;

5. Температура вывода продуктов – 400 °С;

6. Давление – 3,5 МПа;

7. Объёмная скорость подачи сырья – 1,8ч^-1;

8. Мольное соотношение водород: сырьё – 0,5:1;

9. Выход за однократный пропуск – 50%;

10.  Суммарный выход с рециркуляцией – 95 %.

 

ПРИХОД

РАСХОД

Поток

% масс. по

% масс.

кг/ч

кмоль/ч

Поток

% масс.

кг/ч

кмоль/ч

1. Сырье, в том числе:

100,0

98,6137

25000,00

345,82 1. Углеводородные газы (С1-С3)

0,8120

205,86

6,862

С₄Н₁₀

4,9

4,8321

1225,00

21,12

2. С₄Н₁₀

5,2315

1326,25

22,87

и-С₅Н₁₂

6,3

6,2127

1575,00

21,88

3. и-С₅Н₁₂

44,9531

11396,25

158,28

н-С₅Н₁₂

81,0

79,8771

20250,00

281,25

4. н-С₅Н₁₂

39,9386

10125,00

140,63

и-С₆Н₁₄

1,1

1,0848

275,00

3,20

5. и-С₆Н₁₄

3,2804

831,64

9,67

н-С₆Н₁₄

4,0

3,9445

1000,00

11,63

6. н-С₆Н₁₄

1,7356

440,00

5,12

С₇₊

2,7

2,6626

675,00

6,75

7. С₇₊

2,6626

675,00

6,75

2. ВСГ, в том числе

100,0

1,3863

351,44

173,00

8. ВСГ, в том числе

1,3863

351,44

173,00

Н₂

98,4

1,3641

345,82

172,91

Н₂

1,3641

345,82

172,91

МЭА

1,6

0,0222

5,6231

0,09

МЭА

0,0222

5,62

0,0922

ИТОГО

 

100,00

25351,44

518,82

ИТОГО

100,00

25351,44

523,17

 

Расчет реакторного блока.

Расчёт реакторного блока проводится для параметров: температура ввода сырья 445 °С, температура вывода продуктов 400 °С, давление в реакторе 3,5 МПа.

Объём паров смеси сырья и циркулирующего газа, а так же паров катализата проходящих через сечение реактора определяется:

V_см = V_c + V_всг, (16)

где V_см – объем паров смеси, проходящей через сечение реактора, м³/ч;

Vвсг – объём циркулирующего водородсодержащего газа, м3/с;  

Vс – объём сырья, м3/с.

V_c = ·Σ , (17)

где V_с – объем сырья, м³/ч;

П – давление в реакторе, МПа;

t – температура в реакторе, °С;

Z – коэффициент сжимаемости;

P – атмосферное давление, равное 0,1 МПа;

G_i – расход i-го компонента, кг/ч;

M_i – молекулярная масса i-го компонента.

Объем циркулирующего водородсодержащего газа рассчитывается тоже по формуле 17.

Коэффициент сжимаемости рассчитывают через приведенные параметры процесса (Тпр, Рпр), расчет которых производится по формулам 10 и 11, представлен в таблице 3.

Тпр = 1,5299

Рпр = 1,0020

Коэффициент найдем по формуле:

Z = 0,990 + , (18)

где Z – коэффициент сжимаемости;

T_пр – приведенная температура;

P_пр – приведенное давление.

 

Z = 0,990 +  = 0,9123

 

Для ВСГ коэффициент сжимаемости газов может быть принят равным 1, так как водород относится к несжимаемым в этих условиях газам. Расчет объема паров смеси представлен в таблице 7.        

Таблица 7 – Расчет объема паров смеси.

Состав	Молекулярная масса, г/моль	Масса, кг/ч	Vc, м³/с	Vвсг, м³/с	Vсм, м³/с
С4Н10	58	1225	0,0101	0,0784	0,2429
и-С5Н12	72	1575	0,0104
н-С5Н12	72	20250	0,1339
и-С6Н14	86	275	0,0015
н-С6Н14	86	1000	0,0055
С7+	100	675	0,0032
∑	-	25000	0,1646

 

Рассчитываем площадь поперечного сечения реактора (м2):

S = , (19)

где U – линейная скорость движения сырья и ВСГ, м/с; из практических данных принимают U = 2 м/с /8/;

V_см – объем паров смеси, проходящей через сечение реактора, м³/ч;

S =  = 0,1215 м²

Рассчитываем объём катализатора (м3) в реакторе:

Vк = , (20)

где W – объёмная скорость подачи сырья, ч-1;

rс – плотность сырья, кг/м³;

V_см – объем паров смеси, проходящей через сечение реактора, м³/ч;

Vк – объем катализатора, м³.

Плотность сырья найдем по уравнению:

ρ_с = Σρ_i·Y_i, (21)

где rс – плотность сырья, кг/м³;

ρ_i – плотность i-го компонента, кг/м³, /2/;

Y_i – мольная доля i-го компонента.

ρ_с = 0,5789·0,0611 + 0,0633·06196 + 0,8133·0,6262 + 0,0092·0,6594 + 0,0336·0,6594 + 0,0195·0,6838 = 0,6245 кг/м³

Vк =  = 0,2155 м³

Диаметр реактора (м) рассчитывается:

D = , (22)

где D – диаметр реактора, м;

S – площадь поперечного сечения реактора, м²;

π – 3,14.

D =  = 0,40 м

Общую высоту слоя реактора определяем по формуле:

hк = , (23)

где Vк – объем катализатора, м³;

hк – общая высота слоя, м;

S – площадь поперечного сечения реактора, м².

hк =  = 1,7741 м

Принимают число реакторов n = 2, тогда высоту слоя катализатора в каждом реакторе рассчитываем:

h₁ = , (24)

где hк – общая высота слоя,м;

n – число реакторов;

h₁ – высота слоя катализатора в аппарате, м.

h₁ =  = 0,8870 м.

Высота цилиндрической части реактора рассчитываем:

h₂ = , (25)

где h₁ – высота слоя катализатора в аппарате, м;

h₂ – высота цилиндрической частит реактора, м.

h₂ =  = 1,3306 м.

Высота реактора связана с диаметром и определяется:

Н = h₂ + D, (26)

где h₂ – высота цилиндрической частит реактора, м;

D – диаметр реактора, м;

Н – высота реактора, м.

Н = 1,3306 + 0,40 = 1,724 м.

 

Вывод

Катализатор ИП-62, представляет собой фторированный оксид алюминия с нанесенной платиной, которая равномерно распределена по поверхности гранул. Данный катализатор обладает большой селективной способность, высокой активностью и механической прочностью при данных условиях процесса.

Применение процесса высокотемпературной изомеризации фракции н.к. – 62 °С в промышленности играет важную роль, так как можно получить большой спектр продуктов, которые затем можно использовать как сырье в других областях. Для получения каучука, высокооктановых компонентов к бензину, метил-трет-бутилового эфира, а так же использование в процессах алкилирования и полимеризации.

Список используемой литературы

1. Бусыгина Н.В., Бусыгин И. Г. «Технология переработки породного газа и газового конденсата»- Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002;

2. Введенский А.А. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов. Л.: «Гостоптехиздат», 1960 г- 576с;

3. Дж. Перри. Справочник инженера-химика. М.: «Химия», 1969;

4. Кикоин И.К. Таблицы физических величин. Справочник. М: «Автомиздат». 1976;

5. Кузнецов А.А, Кагерманов С.М, Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. М.: «Химия», 1966;

6. Николаев В.В., Бусыгин И.Г., Бусыгина Н.В., Паламарчук В.С., Туманян Б.П. Основные процессы химической переработки газа. М., «Недра», 1996;

7. Рид Р. Свойства газов и жидкостей. Л.: «Химия», 1982;

8. Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. «Основы технологии процессов газохимического синтеза». Учебное пособие. – Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2009.

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………4

1. Каталитическая изомеризация…………………………………………....5

1.1 Теоретические основы процесса изомеризации……………………..5

1.2 Технологическая схема процесса изомеризации…………………….10

2. Расчет реакторного блока установки высокотемпературной изомеризации фракции н.к. – 62 °С.……………………………………..13

2.1 Исходные данные……………………………………………………..13

2.2 Материальный баланс процесса изомеризации….…………..……14

2.3 Тепловой баланс процесса изомеризации……………….…………19

2.4 Расчет реакторного блока……………………......................................24

2.5 Гидравлический расчет реактора……………….…………..………28

Вывод………………………………………………………… ………….………32

Список использованной литературы…………………………………...……….33

 

Введение

Изомериз а ция - превращение какого-либо химического соединения в его изомер. При изомеризации могут изменяться углеродный скелет молекулы, характер функциональных групп и их положение, может происходить сужение или расширение цикла и т. д.

Реакции изомеризации имеют широкое распространение в нефтеперерабатывающей промышленности. Их нельзя не учитывать при рассмотрении процессов каталитического крекинга и риформинга; кроме того, они имеют самостоятельное значение и используются для повышения октановых чисел компонентов моторных топлив и получения индивидуальных изоалканов С4 и C6. Изобутан применяют в процессе алкилирования и для получения изобутилена для синтеза метил-трет-бутилового эфира. Изопентан подвергают дегидрированию с целью получения изопрена для нефтехимической промышленности.

Высокооктановый компонент бензина получают изомеризацией наиболее легкой части бензина прямой перегонки — фракции С4 — С6. Изомеризация высших алканов не дает существенного повышения октанового числа. Вместе с тем слаборазветвленные алканы с длинной цепью являются желательными компонентами реактивных и дизельных топлив, а также масляных фракций. Они имеют низкую температуру застывания и хорошие цетановые и вязкостно-температурные характеристики. Изомеризация высокомолекулярных алканов повышает качество топлив и масел и в ряде случаев успешно конкурирует с депарафинизацией нефтяных фракций.

 

 

Каталитическая изомеризация.