- •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.
Учитывая, что
(5.16)
где - удельный расход тепла в реакционной зоне змеевика, рассчитанный на единицу объема газа при нормальных условиях, кДж/м3 газа (тепло, идущее на подогрев смеси, не входит в величину ).
Диаметр труб рассчитывают по формуле
(5.17)
где - находят из равенства
откуда
При расчете по упрощенному методу змеевик радиантной части печи условно делят на две зоны - зону перегрева и зону реакции. Условно принимают, что температура в зоне реакции постоянна и равна заданной температуре. Определяют количество тепла (Qпол, кДж/ч), переданного через поверхность труб радиантной секции
(5.18)
где - тепло реакции; - тепло перегрева водяного пара; - тепло перегрева паров сырья.
Затем рассчитывают поверхность радиантных труб, исходя из полной тепловой нагрузки (Qпол) и средней тепловой напряженности поверхности радиантных труб [qcp, кДж/(м2 ч)] и делят эту поверхность пропорционально тепловой нагрузке между зонами реакции и перегрева. Соответствие числа труб в зоне реакции, полученного в результате теплового расчета длительности реакции, проверяют кинетическим расчетом объема реакционной зоны. Объем этой зоны (, м3) определяют ориентировочно по формуле
(5.19)
где - объем (при нормальных условиях) паров сырья, подаваемого в реактор, м3/ч; К - коэффициент увеличения объема газообразной реакционной смеси в результате реакции; z - массовое отношение добавки водяного пара к сырью; Mб - масса 1 кмоль бензина (сырья), кг/кмоль; Мв - масса воды, кг/кмоль; t - температура реакции; - продолжительность контакта в зоне реакции по условиям режима, с; Р1 - атмосферное давление, Па; П - среднее абсолютное давление в зоне реакции, Па.
Коэффициент К увеличения объема газообразной смеси определяют по формуле
(5.20)
где и- плотности соответственно паров исходного бензина и смеси паров бензина и газов пиролиза на выходе из реактора (в кг/м3), равные
(5.21)
где X' - глубина превращения в конце реакционного змеевика; и — плотность соответственно газообразных продуктов и паров жидких продуктов, кг/м3; можно принять =.
Более точно объемы зон реакции и подогрева, требуемые для осуществления необходимой глубины превращения, рассчитывают по кинетическому уравнению Фроста - Динцеса
(5.22)
или после интегрирования
(5.23)
где X - средняя глубина превращения бензина в реакционном змеевике; k - константа скорости реакции, с-1; - коэффициент самоторможения реакции.
При пиролизе бензина в интервале 700-800°С коэффициент самоторможения приобретает следующие значения:
Температура, оС…….… |
700 |
725 |
750 |
775 |
800 |
Коэффициент ………. |
1,26 |
1,57 |
1,72 |
1,78 |
1,81 |
В интервале 700-800°С энергия активации разложения бензина первичной перегонки составляет 160 103 Дж/моль, поэтому
(5.24)
Для расчета глубины превращения принимают значение приращения глубины превращения в реакционном змеевике и затем последнее проверяют по уравнению
(5.25)
где - приращение глубины превращения бензина в реакционном змеевике доли единицы; W - скорость реакции; - объем зоны реакции, м3- Gc - масса бензина (сырья), поступающего в зону реакции.
Скорость реакции (W) определяют по формуле
(5.26)
где - объем реакционной смеси, проходящей через реактор в единицу времени (в рабочих условиях).
При известной тепловой напряженности труб змеевика максимальная температура стенки трубы (,°С) может быть определена по формуле
(5.27)
где - температура реакционной смеси в зоне реакции для жесткого этиленового режима (860 °С); - коэффициент неравномерности обогрева труб (по окружности стенки); а - коэффициент теплоотдачи от стенки труб к потоку, составляющий в условиях пиролиза 1948-2618 кДж/(м2 ч К); - толщина стенки трубы (0,009 м); - коэффициент теплопроводности стенки, равный 75 кДж/(м2 ч К). Для двухрядного экрана (с шагом труб, равным двум диаметрам) = 0,55; для однорядного экрана двухсветного облучения = 0,84.
Пример 5.11. Определить продолжительность пребывания сырья и продуктов пиролиза в радиантных трубах печи, если известно: сырьем служит низкооктановый бензин (фракция 40-160°С); температура на выходе из печи t1 = 750°С; производительность установки по сырью с = 15000 кг/ч; выходы продуктов (в % масс.): газа до С4 1 = 59,0; бензина с к. к. 200°С 2 = 30,0; фракции выше 200°С 3 = 10,0; кокса к = 1,0; молекулярная масса газа М = 29,6; в трубы печи подают водяного пара n = 50% масс, на сырье; давление на входе в радиантную секцию Рн = 0,2 МПа, на выходе Рк = 0,15 МПа; число радиантных труб N = 22; длина одной трубы l = 8 м.
Решение. Определяют число потоков в радиантной секции (при этом принимают массовую скорость подачи сырья u = 120 кг/(м2 с); внутренний диаметр труб 140 мм
f - внутреннее сечение одной трубы, м2.
Определяют молекулярную массу сырья, бензина и фракции 200-260 °С по формуле Войнова
где , , — молекулярная масса сырья, бензина и фракции 200 - 260 °С.
Находят объемы сырья и водяного пара на входе () и на выходе () из радиантной секции по формуле Клапейрона
Подсчитывают среднюю плотность паров, в радиантных трубах
где G – масса паров, кг; и- плотности паров на входе и выходе из радиантных труб, кг/м3; - средняя плотность паров, кг/м3.
Определяют продолжительность пребывания паров в трубах
где L - длина всех труб; d - наружный диаметр труб; l - длина одной трубы; N - число радиантных труб; и - массовая скорость подачи сырья.
параметры |
Вариант | |||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | |
t1 0С |
720 |
725 |
730 |
735 |
740 |
745 |
750 |
755 |
760 |
765 |
G кг/ч103 |
13 |
13,5 |
14 |
14,5 |
15 |
15,5 |
16 |
16,5 |
17 |
17,5 |
1 % |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
2 % |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
34 |
3 % |
20 |
18 |
17 |
15 |
14 |
12 |
11 |
9 |
8 |
6 |
к % |
5 |
5 |
4 |
4 |
3 |
3 |
2 |
2 |
1 |
1 |
М кг/кмоль |
30,2 |
30,0 |
29,8 |
29,6 |
29,4 |
29,2 |
29 |
28,8 |
28,6 |
28,4 |
n % |
55 |
54 |
53 |
52 |
51 |
50 |
49 |
48 |
47 |
46 |
Рн МПа |
0,25 |
0,25 |
0,24 |
0,24 |
0,23 |
0,23 |
0,22 |
0,22 |
0,21 |
0,2 |
Рк МПа |
0,18 |
0,18 |
0,17 |
0,17 |
0,17 |
0,16 |
0,16 |
0,16 |
0,15 |
0,15 |
N |
25 |
25 |
24 |
24 |
23 |
23 |
22 |
22 |
21 |
21 |
l м |
10 |
10 |
10 |
9 |
9 |
9 |
8 |
8 |
7 |
7 |