- •Т.П. Макарова, э.И. Марданова, л.Ф. Корепанова Технология переработки нефти и газа
- •© Альметьевский государственный
- •Общие указания
- •I. Химический состав нефти
- •1. Элементный и фракционный состав нефти
- •2.1. Парафиновые углеводороды
- •2.3. Нафтеновые углеводороды
- •2.4. Ароматические углеводороды
- •2.5. Гибридные углеводороды
- •2.6. Гетероатомные соединения нефти
- •2.6.1. Серусодержащие соединения
- •2.6.2. Азотсодержащие соединения
- •Распределение азотистых соединений
- •2.6.3. Кислородсодержащие соединения
- •3. Классификация нефтей
- •3.1. Химическая классификация
- •3.2. Технологическая классификация
- •1. Классификация процессов переработки нефти, газовых конденсатов и газов
- •2. Основные этапы нефтепереработки
- •3. Подготовка нефти к переработке
- •Сырая нефть; II- деэмульгатор; III- сброс воды; IV- подача щелочной воды; V- обессоленная и обезвоженная нефть
- •3.1. Нефтяные эмульсии
- •4. Первичная переработка нефти
- •4.1. Атмосферная и вакуумная перегонка нефти
- •4.2. Вторичная перегонка бензинов
- •5. Вторичная переработка нефти
- •5.1. Термический крекинг
- •5.2. Коксование
- •5.3. Пиролиз
- •5.4. Каталитический крекинг
- •5.5. Риформинг
- •5.6. Гидрогенизация
- •6. Очистка нефтепродуктов
- •6.1. Очистка светлых нефтепродуктов
- •6.2. Очистка смазочных масел
- •7. Типы нефтеперерабатывающих заводов
- •8. Переработка газов
- •8.1. Исходное сырье и продукты переработки газов
- •8.2. Основные объекты газоперерабатывающих заводов
- •8.3. Отбензинивание газов
- •8.3.1. Компрессионный метод
- •8.3.2. Абсорбционный метод
- •8.3.3. Адсорбционный метод
- •8.3.4. Конденсационный метод
- •8.3.5. Газофракционирующие установки
- •9. Химическая переработка углеводородного сырья
- •9.1. Производство нефтехимического сырья
- •9.2. Производство поверхностно-активных веществ
- •9.3. Производство спиртов
- •9.4. Производство полимеров
- •9.5.2. Синтетические каучуки
- •9.5.3. Пластмассы
- •9.5.4. Синтетические волокна
- •III. Материальные и тепловые расчеты химико-технологических процессов
- •1. Составления материальных балансов
- •И материальные расчеты химико-технологических процессов
- •Материальный баланс на 1т окиси этилена
- •Материальный баланс печи крекинга (на 1000 м3 природного газа)
- •Происходит дальнейшее хлорирование
- •Материальный баланс хлоратора бензола (1т хлорбензола)
- •Образовалось в соответствии с заданным мольным соотношением
- •С воздухом………. 586
- •Материальный баланс реактора для окисления метанола (1ч работы)
- •2. Равновесие химико-технологических процессов
- •3. Составление энергетического (теплового) баланса и тепловые расчеты химико-технологических процессов
- •4. Массообменные процессы
- •Возьмем при 1900°c
- •Бензол ………… 49,063 Дихлорбензол ………… 53,05
- •Суммарный тепловой эффект при хлорировании 1т бензола
- •IV. Расчет ректификационных колонн
- •2. Температурный режим
- •Решение.Парциальное давление паров бензина равно
- •Продолжение таблицы
- •3. Высота
- •4. Материальный и тепловой балансы
- •Общее количество тепла, вводимого в колонну, составит
- •V. Расчет реакционных устройств термических процессов
- •1. Реакционные змеевики и камеры установок термического крекинга под давлением
- •1.1. Определение скорости реакции
- •1.2. Расчет реакционного змеевика печи термического крекинга
- •1.3. Расчет реакционной камеры
- •2. Реакционные аппараты установок коксования нефтяных остатков
- •2.1. Определение выхода продуктов коксования
- •2.2. Расчет реактора и коксонагревателя на установках коксования в подвижном слое гранулированного коксового теплоносителя
- •2.3. Расчет реактора на установках коксования в кипящем слое коксового теплоносителя
- •3.1. Расчет печи трубчатой установки пиролиза
- •Учитывая, что
- •Диаметр труб рассчитывают по формуле
- •3.2. Пиролиз на установках с подвижным слоем твердого теплоносителя
- •3.3. Установки с кипящим слоем твердого теплоносителя
- •Находят объем катализатора в реакторе
- •1. Процесс каталитического алкилирования парафиновых и ароматических углеводородов олефинами
- •Рассчитывают выход алкилата
- •Теплота сгорания нефтепродуктов
- •Среднее число атомов в молекуле сырья (т) определяется по формуле
- •Итого………..-43710
- •Вычисляют приближенно молекулярную массу групп углеводородов
- •Лабораторная работа № 1 Тема: «Определение содержания воды в нефти методом Дина и Старка»
- •1.1. Основные понятия
- •Требования к содержанию воды в нефти, поставляемых с промыслов
- •1.2. Описание методики определения содержания воды в нефти методом Дина и Старка
- •Лабораторная работа № 2 Тема: «Определение механических примесей в нефти
- •2.1. Основные понятия
- •2.2 Описание методики определения механических примесей в нефти
- •Лабораторная работа № 3 Тема: «Определение содержания солей в нефти»
- •3.1. Основные понятия
- •3.2 Описание методики определения содержания солей в нефти
- •Приложение 1
- •Подписано в печать 20.09.2007 г.
4. Массообменные процессы
Большинство промышленных химико-технологических процессов относится к гетерогенным. Огромное разнообразие гетерогенных процессов затрудняет их классификацию. Принято некаталитические гетерогенные процессы делить по фазовому состоянию реагентов на процессы в системах Г-Ж, Ж-Т, Г-Т и т.п.
Механизм гетерогенных процессов сложнее гомогенных, так как взаимодействию реагентов, находящихся в разных фазах, предшествует их доставка к поверхности раздела фаз и массообмен между фазами. Гетерогенный процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных физико-химических явлений и химических реакций. Для количественной характеристики сложного технологического процесса в ряде случаев допустимо расчленение его на отдельные стадии и анализ каждой из них. Такой анализ позволяет, например, установить, в какой области – диффузионный или кинетический – идет процесс, и при расчете пренебречь той стадией, которая оказывает малое влияние, если только скорости диффузии и химических реакций не соизмеримы.
Подвод реагирующих компонентов в зону реакции и отвод полученных продуктов совершается молекулярной диффузией или конвекцией. При очень сильном перемешивании реагирующих веществ конвективный перенос называют также турбулентной диффузией. В двух- или многофазных системах подвод реагирующих компонентов может совершаться абсорбцией, адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых веществ или растворением их, испарением жидкости или возгонкой твердых веществ. Межфазный переход – это сложный диффузионный процесс.
Важными технологическими показателями промышленных процессов служат равновесный выход продукта, определяемый равновесием при данных условиях, и фактический выход продукта (к.п.д), определяемый как равновесием, так и скоростью процесса.
Равновесие гетерогенных процессов определяется константой равновесия химических реакций, происходящих в одной из фаз, так же как и для гомогенных процессов.
Равновесные концентрации компонентов в соприкасающихся фазах определяются законом распределения вещества, который устанавливает постоянное соотношение между равновесными концентрациями вещества в двух фазах системы при определенной температуре.
Пример 3.9. Рассчитать теоретическую температуру горения вещества этана (теплота сгорания Q = 1,56·106 кДж/кмоль) при избытке воздуха = 20% (α = 1,2).
Решение. При заданном избытке кислорода реакция горения этана протекает по следующему уравнению:
C2H6 + 3,5O2 + 0,7O2 + 4,2= 2CO2 + 3H2O (пар) + 0,7O2 + 4,2 · 3,76N2
При начальной температуре метана и воздуха, равной 0°С, и заданной температуре горения, тепловой баланс можно представить в виде:
Q = 1560997 = t
Задаваемая температура 1900 и 2000°С.
Значения средней теплоемкости в кДж/(моль·°С):
1900°С 2000°С
СО2 ……………… 54,20 54,50
О2 ……………….. 35,10 35,30
Н2О (пар) ……….. 43,2 43,6
N2 ……………….. 33,20 33,40
Следовательно, при 1900°С теплота сгорания этана:
Q' = (2·54,20 + 3·43,2 + 0,7·35,10 + 4,2·3,76·33,20) 1900=
= (108,40 + 129,6 + 24,50 + 524,3) 1900 = 1495042кДж
значит Q' < Q.
При 2000°C теплота сгорания этана:
Q'' = (2·54,50 + 3·43,6 + 0,7·35,30 + 4,2·3,76·33,40) 2000 =
= (109,00 + 130,8 + 24,70 + 527,5) 2000 = 791,9·2000 = 1583800 кДж
т.е. Q'' > Q.
Определяем разность:
Q'' - Q' = 1583800 – 1495042 = 88758 кДж
Δt = 2000 – 1900 = 100°C
Q - Q' = 1560997 – 1495042 = 65955 кДж
Δt = t – 1900
Следовательно:
Δt = = 74,3°C
Тогда t = 1900 + 74,3 = 1974,3°C.
параметры |
Вариант | ||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | |
вещество |
метан |
ацетилен |
бензол |
бутан |
гексан |
QкДж/кмоль103 |
890,95 |
1302,09 |
3279,94 |
2880,52 |
4197,69 |
% |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
|
1,17 |
1,18 |
1,19 |
1,2 |
1,21 |
параметры |
Вариант | ||||
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | |
вещество |
гептан |
пропан |
пропилен |
этилен |
толуол |
QкДж/кмоль103 |
4768,76 |
2221,56 |
2062,84 |
1409,28 |
3228,06 |
% |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
|
1,22 |
1,23 |
1,24 |
1,25 |
1,26 |
Пример 3.10. Рассчитать теоретическую температуру горения метана природного газа (теплота сгорания Q = 890310 кДж/кмоль) при избытке воздуха = 25% (α = 1,25).
Решение. Реакция горения метана:
СН4 + 2О2 + 0,5О2 + 2,5·3,76N2 = СО2 + 2Н2О(пар) + 0,5О2 + 2,5·3,76N2
избыток
При начальной температуре метана и воздуха, равной 0°С, и заданной температуре горения, тепловой баланс выражается следующим уравнением:
Q = 890310 = t
Средняя мольная теплоемкость газов и паров с в кДж/(кмоль·°C):
1800°C 1900°C
О2 …………………….. 34,9 35,1
СО2 …………………… 53,9 54,2
N2 ……………….……. 33,1 33,2
Н2О (пар)……………... 42,8 43,2
Следовательно, при 1800°C:
Q' = (53,9 + 2·42,8 + 0,5·34,9 + 2,5·3,76·33,1) 1800 =
= (53,9 + 85,6 + 17,45 + 311) 1800 = 467,95·1800 = 842000 кДж
Q' = 842000 кДж < Q = 890310 кДж