Материал: Еvdokimova10

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал УГНТУ в г. Салавате

Кафедра химико-технологических процессов

РАСЧЕТ РЕАКТОРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ

Учебно-методическое пособие для студентов специальности 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Уфа

2011

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов специальности 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» для выполнения практических работ по курсу «Химическая технология топлив и углеродных материалов», а также для расчетов курсовых и выпускных квалификационных работ. Пособие содержит расчеты реакторов установок каталитической изомеризации легких парафиновых углеводородов, сернокислотного алкилирования изобутана бутиленами, производства оксигенетов на примере синтеза метил-трет- бутилового эфира. Представлен краткий теоретический материал по данным процессам, варианты технологического оформления реакторных блоков процессов, даны примеры расчетов реакторов технологических процессов.

Составители: Евдокимова Н.Г. , доц., канд. техн. наук Грызина Е.В., ассистент Хасанов Р.Г. , доц., канд. техн. наук

Александрова К.В., доц., канд. техн. наук

Рецензенты: Муртазин Ф.Р., доц., канд. техн. наук Баширов Р. Ф., начальник отдела технологического планирования департамента перспективного развития и инвестиций ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», канд. техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011

2

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость улучшения качества автомобильных бензинов в России связана с ростом потребления высокооктановых бензинов и повышением экологических требований к ним. Вступление России в ВТО определяет необходимость введения соответствующих (европейских) стандартов на качество автомобильных топлив, модернизации НПЗ и использования конкурентоспособных катализаторов и технологий переработки нефтяных фракций.

Согласно принятому Правительством Российской Федерации Техническому регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» от 27 февраля 2008 года к товарным бензинам ужесточаются требования по содержанию серы, бензолу, ароматическим и олефиновым углеводородам.

ВРоссии основными компонентами высокооктановых товарных автобензинов являются бензины каталитического риформинга и каталитического крекинга. Снижение норм по содержанию общей суммы ароматических углеводородов (нормы Евро-3, а также Евро-4 и Евро-5) объясняется как экологическими требованиями (в частности, из-за образования сажи и бензопирена), так и стремлением уменьшить нагарообразование в двигателях автомобилей.

Бензины каталитического крекинга характеризуются высокой массовой долей серы, октановыми числами 90 - 93 по исследовательскому методу. Они содержат 2025% масс. непредельных, 35 - 55% масс. парафино-нафтеновых и 25 - 40% масс. ароматических углеводородов. В их составе практически отсутствуют диеновые углеводороды, поэтому они обладают относительно высокой химической стабильностью (ИПО 800 – 900 мин). Бензины риформинга содержат 60 - 70% масс. ароматических углеводородов и имеют утяжеленный фракционный состав, в том числе 2 - 7% масс. бензола, поэтому для получения экологически чистых товарных бензинов необходимо изменение их компонентного состава.

Всостав бензинов, выпускаемых в Российской Федерации, входит наибольшее количество бензинов каталитического риформинга – 52,8% масс., доля бензинов каталитического крекинга составляет всего 9,6% масс., доли изомеризата, алкилата и оксигенатов значительно ниже, чем в странах Западной Европы и США, и составляют 1,5, 0,3 и 0,2% масс. соответственно. При компаундировании бензинов в России используется 25,2% масс. прямогонных бензинов и 4,9% масс. бензинов термических процессов. Кроме того, в состав бензинов входит 5,7% масс. бутанов. Однако для разбавления реформатов до содержания бензола 1 % масс. на НПЗ России нет достаточного количества неароматических высокооктановых компонентов. Требования к компонентному составу бензинов дают возможность НПЗ для развития таких процессов, как изомеризация парафиновых углеводородов, алкилирование изобутана олефинами, производство оксигенатов.

3

1 РАСЧЕТ ПРОЦЕССА АЛКИЛИРОВАНИЯ ИЗОБУТАНА ОЛЕФИНАМИ

Назначением процесса каталитического алкилирования изобутана олефинами является производство высокооктанового компонента бензинов. Целевой продукт (алкилат), состоящий практически из изопарафинов, имеет высокое октановое число (90-95 по моторному методу). Октановое число основного компонента алкилата - изооктана (2,2,4-триметилпентана) принято за 100.

На современных установках алкилирования применяют горизонтальные каскадные реакторы, в которых охлаждение реакционной смеси осуществляется за счет частичного испарения изобутана, что облегчает регулирование температуры. Реактор представляет собой (рисунок 1.1) полый горизонтальный цилиндр, разделенный перегородками обычно на 5 секций (каскадов) с мешалками, обеспечивающими интенсивный контакт кислоты с сырьем. Бутилен подводится отдельно в каждую секцию, вследствие чего концентрация олефина в секциях очень мала, это позволяет подавить побочные реакции. Серная кислота и изобутан поступают в первую секцию, и эмульсия протекает через вертикальные перегородки из одной секции в другую. Предпоследняя секция служит сепаратором, в котором кислота отделяется от углеводородов. Через последнюю перегородку перетекает продукт алкилирования, поступающий на фракционирование. Тепло реакции снимается частичным испарением циркулирующего изобутана и полным испарением пропана, содержащегося в сырье [1].

1-5 – секции реактора; 6, 7 – отстойные зоны; 8 – мешалки; 9 - сепаратор

Рисунок 1.1 – Схема горизонтального каскадного реактора

1.1 Исходные данные

Исходными данными для расчета являются производительность реактора по исходному сырью, состав сырья, а также принимаемые на основе промышленных и лабораторных данных: температура реакции, мольное отношение изопарафин:олефин, объемное отношение катализатор:

4

углеводороды в реакционной системе, число секций в реакторе и снижение концентрации катализатора в каждой секции.

Задачей расчета реактора является определение выходов алкилата и тепловых нагрузок каждой секции, давления в системе, размеров реактора и мешалки, мощности электродвигателя. В таблице 1.1 представлены варианты исходных данных для расчета реактора алкилирования.

Таблица 1.1 – Варианты заданий для расчета реактора алкилирования

5