книги / 46

рывного действия представлена в виде чередующихся процессов периодического окисления битума в кубе в течение некоторого времени (линия 1) и последующего компаундирования окисленной реакционной смеси со свежим сырьем (линия 2). Длительность одной стадии окисления-компаундирования была принята равной 1 ч. Температура размягчения битума на выходе из колонны определялась как среднее между температурой размягчения реакционной смеси после окисления и температурой размягчения после компаундирования (кривая 3).

Рис. Схема расчета температуры размягчения битума при непрерывном окислении в колонном аппарате: 1 – линия, построенная с использованием уравнения (1), описывающая периодический процесс окисления в течение 1 ч; 2 – линия, построенная с использованием уравнений (2) и (3), описывающая процесс компаундирования окисленной реакционной смеси с балансовым количеством свежего сырья; 3 – кривая, описывающая температуру размягчения

окисленного битума на выходе из аппарата

Для описания изменения температуры размягчения реакционной смеси в процессе периодического окисления было использовано известное уравнение [1]:

ãäå tÊèØá , tÊèØñ – температура размягчения битума и сырья соответст-

венно, °Ñ; τ – время окисления, ч; k – константа скорости реакции окисления, ч-1.

131

При этом вычисление температуры размягчения сырья проводилось с использованием правила аддитивности на основе усредненных температур размягчения компонентов сырья, а эффективное значение константы скорости реакции окисления рассматривали как функцию состава сырья и удельного расхода воздуха.

При описании процесса компаундирования реакционной смеси со свежим сырьем за основу было принято линейное уравнение смешения:

ãäå tÊèØñ , tÊèØá , tÊèØáñ – температура размягчения сырья, битума и реакционной смеси после введения порции свежего сырья соответственно, °С; x – доля добавляемого сырья от массы получаемой реакционной смеси.

Однако из практики известно, что линейная зависимость свойств смеси нефтепродуктов от ее состава имеет место лишь при малом различии в природе и свойствах смешиваемых веществ, и чем больше это различие в свойствах, тем сильнее отклонение от линейности. Таким образом, логично ввести в эту зависимость поправку, учитывающую различие в свойствах смешиваемых нефтепродуктов. В нашем случае удовлетворительные результаты были получены при использовании уравнения вида

ãäå xýô – эффективная доля добавляемого сырья от массы получаемой реакционной смеси; à – коэффициент.

При расчете значений пенетрации при 25 °С реакционной смеси были использованы аналогичные зависимости.

Энергии активации реакции окисления для различных сырьевых компонентов при расчете константы скорости и другие коэффициенты в уравнениях были определены методом наименьших квадратов на основе данных мониторинга работы окислительных колонн.

Сравнение экспериментальных и расчетных значений температуры размягчения и пенетрации при 25 °С битумов, на примере небольшого временного промежутка работы колонны С-2, представлено в табл. 1. Среднее отклонение расчетных значений температур размяг- чения по КиШ от экспериментальных значений для всего массива данных по работе окислительной колонны полного заполнения К-5

132

Ò à á ë è ö à 1

Сравнение экспериментальных и расчетных значений температур размягчения по КиШ и пенетраций при 25 С, полученных в процессе мониторинга работы колонны

С-2 при производстве битума марки БНД 90/130

133

в течение 2 месяцев при производстве битума БНД 90/130 составило 4,2 %. Для пенетрации при 25 °С среднее отклонение не превысило 11,4 %. Данные отклонения для колонны частичного заполнения (С-2) составили 2,5 и 9,6 % соответственно.

Âподавляющем большинстве случаев расхождение расчетных

èэкспериментальных характеристик продукта не превышает 1,5 °С для температуры размягчения и 10–15 для пенетрации при 25 °С, 0,1 мм.

Как правило, наибольшие отклонения расчетных и фактических параметров битума имеют место либо при переходе колонны с производства одной марки битума на другую, либо при существенном отклонении свойств сырьевых компонентов от усредненных. Однако за- частую модель удовлетворительно работает и в этих случаях. В част-

ности, в табл. 2 представлено сравнение экспериментальных и расчетных значений температуры размягчения и пенетрации при 25 °С продукта при переходе колонны с выпуска битума дорожной марки на производство строительного битума.

Предложенная методика, таким образом, с достаточной точностью описывает процесс получения окисленных битумов в окислительной колонне непрерывного действия как в случае расчета колонны полного заполнения с выносным сепаратором, так и в случае расчета частично заполненной колонны. Использование предложенной модели в процессе получения окисленного битума на установке 19-10 позволит более оперативно управлять качественными характеристиками получаемой продукции и поддерживать их на стабильно высоком уровне.

Список литературы

1.Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов / И.Б. Грудников. – М.: Химия, 1983. – 192 с.

2.Построение математической модели процесса производства битумов окислением с использованием данных пилотной полупериодической установки / А.С. Ширкунов [и др.] // Вестник ПГТУ. Химическая технология и биотехнология. – Пермь, 2007. – ¹ 7(1). – С. 106–113.

Получен 11.06.2008

ÓÄÊ 665.664.2

А.Л. Елькин*, И.А. Нуждин*, В.Г. Лысков*, А.В. Хомяков*, Н.И. Репета*, Е.Г. Парфенова*, Е.Ю. Беляева*, О.В. Сажин*, Л.Г. Тархов

*ЗАО «Сибур-Химпром»,

Пермский государственный технический университет

СОВМЕСТНЫЙ ПИРОЛИЗ ЭТАНОВОЙ И БУТАНОВОЙ ФРАКЦИЙ

Приведены результаты совместного пиролиза этановой и бутано-

вой фракций на двух пирозмеевиках печи пиролиза производства

ЭП-60 ЗАО «Сибур-Химпром» (г. Пермь).

Производство этилена и пропилена на ЗАО «Сибур-Хим- пром» (г. Пермь) оснащено 7 печами пиролиза углеводородного сырья. Печи конструкции института «Гипрогазтоппром» (ГГТП) производительностью 7,2 т/ч были пущены в 1973 г. По проекту планировалось использование в качестве сырья бензиновых фракций: прямогонной (н.к. 180 îС) и бензина рафината (н.к. 140 îС). Сейчас в печах перерабатывается бутановое сырье.

Радиантная секция печей двухпоточная, с горизонтально расположенными трубами змеевиков, установленных в шахматном порядке. Змеевики с цельнокатаными трубами постоянного диаметра 140×8 мм. Каждый пирозмеевик содержит 20 труб, из которых 16 труб размещены на трубных решетках или елочках.

Конвекционная секция размещена в нижней части печи и состоит из зоны подогрева сырья и зоны перегрева паросырьевой смеси. Трубы змеевиков секции расположены в шахматном порядке. Организован нижний отвод дымового газа из ряда печей в общий дымоход с общим дымососом.

Печи оборудованы акустическими горелками типа АГГ-1М (8 шт. на печь).

136

Каждая печь оснащена двухступенчатой схемой закалки пирогаза. Схема включает в себя два параллельно расположенных аппарата 1-й ступени – по одному на каждый поток. Они выполнены в виде U-образных теплообменников типа «труба в трубе» с внутренней трубой диаметром 168×13 мм, длиной 10 м. 2-я ступень, куда поступает объединенный поток, – один аппарат – кожухотрубный теплообменник с нижним вводом пирогаза, выполненный по проекту ОАО «ВНИПИНефть», в котором закалка пирогаза осуществляется в 52 трубках диаметром 45×3,5 мм. В аппаратах 1-й ступени пирогаз охлаждается до 620 îС, в аппаратах 2-й ступени – до 450 îС за счет выработки пара давлением 2,8 МПа.

Âнастоящее время в условиях наращивания мощностей технологических установок поставлен вопрос об увеличении мощности установки по производству этилена.

Для оценки возможности увеличения выхода этилена рассматривался вопрос пиролиза на существующей печи этановой фракции, которая ранее направлялась в топливную сеть предприятия.

Âпроекте, выполненном институтом «Гипрогазтоппром», наличие этановой печи на установке не предусмотрено.

Для проведения опытно-промышленного пробега была выполнена схема подачи этановой фракции, поступающей из куба ректификационной колонны К-206 блока низкотемпературного разделения газов на правый поток печи П-001/2. На левый поток печи подавалась фракция С4. Рассчитывался баланс разложения в условиях оптимального этиленового режима фракции С4 в смеси с продуктами разложения этановой фракции с целью оценки работы оборудования узлов компрессии и газоразделения.

Этановая фракция содержала в своем составе 96–99,4 мас.% этана, а бутан-изобутановая фракция – 39,1–50,2 мас.% изобутана, 43,3–55,8 мас.% í-бутана. Качество сырьевых потоков представлено в табл. 1.

Âõîäå опытно-промышленного пробега было проведено 10 опытов. Сняты технологические и теплотехнические показатели работы печи пиролиза П-001/2 с одновременным отбором проб сырья и пирогаза из правого и левого змеевиков при следующих параметрах:

– температура на выходе из печи 780, 785, 790, 795, 800, 805 и 810 îÑ;

137

–расход этана 2,1–2,4 т/ч, водяного пара 1,2–1,24 т/ч;

–расход фракции С4 3,5 т/ч, водяного пара – 1,3–1,5 т/ч.

Ò à á ë è ö à 1

Содержание ключевых компонентов (мас. %) в сырье, поступающем на печь пиролиза П-001/2

Определение выхода низших олефинов и других газообразных продуктов пирогаза проводилось на основании результатов полного хроматографического анализа газовой пробы (табл. 2), состоящего из 10 опытов при различной температуре.

Ò à á ë è ö à 2

Выход ключевых продуктов при пиролизе этановой и бутановой фракций на печи П-001/2

Î ê î í ÷ à í è å ò à á ë . 2

На основании полученных данных были сделаны расчеты основных показателей пиролиза этановой фракции – конверсии этана и селективности процесса (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость конверсии этана и селективности от температуры процесса

Видно, что при разложении этана:

–максимальная величина конверсии этана (64,6 %) достигается при температуре процесса 810 îС, расходе этана 2,4 т/ч;

–максимальная селективность пиролиза (89,6 %) имеет место при температуре 780 îÑ.

Оптимальной можно считать температуру 795 îС, при которой конверсия этана составляет 58,9 %, а селективность – 87,8 %.

При разложении фракции С4:

–максимальный выход этилена на пропущенное сырье составляет 25 % при температуре пиролиза 805 îС и расходе сырья 3,5 т/ч;

139

–максимальный выход пропилена на пропущенное сырье составляет 23,6 % при температуре пиролиза 780 îС и расходе сырья 3,26 т/ч; Кроме того, рассматривалась технология ведения процесса пиролиза этановой фракции в одном пирозмеевике печи с точки зре-

ния длительности пробега и выхода труб из строя. При температуре разложения этана 795 îС температура стенок 16-х труб составляет 851–862 îС, подвесок перед потолочным экраном – 854–944 îС, что ниже предельно допустимого значения – 1000 îÑ.

При оптимальной температуре разложения этана (795 îС) выход этилена и пропилена при пиролизе бутановой фракции состав-

ляет соответственно 23,7 и 22,3 %. При этих условиях температура стенок 15-х труб и подвесок была на 25–35 îС ниже, чем при разложении этана.

Температура наружной стенки труб пирозмеевика радиантной секции является важной характеристикой эксплуатации пирозмеевиков печи. Эксплуатация печей при температуре наружной стенки труб змеевиков радиантной секции выше предельно допустимой величины приводит к выходу труб из строя.

В период проведения опытно-промышленного пробега печи на этане и на фракции С4 температуры стенок труб и подвесок пирозмеевиков были ниже предельно допустимой величины.

Для оценки прироста выхода этилена был проведен сравнительный расчет выработки целевых продуктов с 5 печей пиролиза по двум вариантам:

–при пиролизе бутановой фракции на 5 печах пиролиза;

–при пиролизе бутановой фракции на 4,5 печах пиролиза (этановая фракция пиролизуется на одном потоке печи). Данные приведены

âòàáë. 3.

Ò à á ë è ö à 3

Производительность печей пиролиза при разных вариантах работы

140