3.3 Контрольные задания к практическим занятиям

1. Определить производительность котла-утилизатора -КУ-50, утилизирующего тепло дымовых газов; имеющих объем 22 м3/с. Состав дымовых газов перед котлом-утилизатором (96 объемн.): С02 - 11,0; Н20 - 9,5; 02 - 6,5; N2 - 73. Температура в пароперегревателе tn = 370°С. Коэффициент сохранения тепла / = 0,95. Температура дымовых газов на выходе из котла-утилизатора t2 = 200°С.

2. В печи для нагрева бутана производства синтетического каучука сжигают газ, состоящий из (% объемн.): СО - 5,6, Н2 - 53,3; С02 - 3,2; СН4 - 10,8; С2Н6 - 10,8; С3Н8 - 3,2; С4Н10 - 1,1; C4Hg - 12,0. Определить вид ВЭР. Составить схему расчета выхода ВЭР, выработки за счет ВЭР, экономии топлива.

3. Рассчитать возможную экономию топлива за счет ВЭР, которые образуются в печах пиролиза углеводородов при сгорании 18 млн м3/год газа, энтальпия дымовых газов равна 1500 Гкал/м3, а после пароперегревателя - 500 Гкал/м3.

4. В производстве синтетического каучука применяют печи для нагрева бутана, где сжигают газ в количестве 50 млн м3/год. Установить вид ВЭР, рассчитать экономию топлива за счет ВЭР, если ва„. = 0,19 т у. т./Гкал, АН. = 1053 Гкал/м3; АН, =3UM1*1£

= 493 Гкал/м3.

5. Определить возможную выработку тепла за счет ВЭР печей нагрева бутана в производстве синтетического каучука. На обогрев печей подают газ в количестве 45 млн м3/год. Объемы воздуха, углекислого газа, воды, азота соответственно равны (м3/м3): 5,3; 0,55; 1,4; 4,4. Температура на выходе из печи 400°С, а1 = 1,35, а на выходе из экономайзера 200°С, а2 = 1,4.

6. В печи для нагрева предельных углеводородов сжигают газ. Определить вид ВЭР, составить схему расчета выхода ВЭР, выработки за счет ВЭР, экономии топлива, если выработка тепла составила 25 000 Гкал/год, взим = = 0,16 т у. т./Гкал.

7. Определить возможную экономию топлива за счет ВЭР, образующихся при сгорании метан-водородной фракции в трубчатых печах пиролиза, если выработка теплоты за счет ВЭР составляет 30 000 Гкал/год, а 8 = 0,19 т у. т./Гкал. гп зам*

8.Определить объем дымовых газов, поступающих в экономайзер, если количество теплоты, идущее с газами, составляет 16 000 кВт, коэффициент сохранения тепла равен 0,96. Энтальпия дымовых газов до аппарата 950,6 кДж/м3, после -400 кДж/м3.

4. Технологические процессы переработки топлив

1. Характеристика и классификация процессов переработки

топлив

Переработку твердого, жидкого и газообразного топлива осуществляют с помощью термических и каталитических процессов.

Термическая или пирогенная переработка топлива - это процесс переработки, идущий при высокой температуре.

Процессы термической переработки топлив делятся на три группы.

Первая группа охватывает процессы пиролиза (сухой перегонки). Сырье нагревают без доступа воздуха. В результате сложные вещества разлагаются на твердые (кокс, полукокс, древесный уголь) и летучие вещества (смесь паров и газов).

При пиролизе могут идти процессы двух типов:

1. Физические высокотемпературные процессы, например, разделение сырой нефти по фракциям по температуре кипения.

2. Химические (деструктивные) высокотемпературные превращения исходных веществ с образованием горючих газов, топлив, отдельных химических продуктов.

В зависимости от природы сырья условия процессов пиролиза различны. Например, сухая перегонка древесины идет при температуре 400 - 500°С, полукоксование бурых углей - 500 - 600°С, коксование каменного угля - 1000 - 1100°С.

Нефть и нефтепродукты перерабатывают следующими методами: первичной фракционной перегонкой; пиролизом при температуре 650 - 750°С, при этом из нефтепродуктов получают ароматические углеводороды, пиролиз-газ, содержащий этилен, пропилен; термическим крекингом мазута соляровых фракций, в результате чего получают бензин, дизельные топлива, крекинг-газ; термическим реформингом для получения высокооктановых бензинов.

Вторую группу термической обработки топлив образуют процессы газификации. Суть их состоит в превращении органической части малоценного, малозольного топлива в горючий газ путем неполного окисления воздухом, кислородом или водяным паром. Газификации в основном подвергают твердое топливо, реже жидкое. Продуктами газификации являются генераторные газы, резко отличающиеся по составу, теплотворной способности. Главный компонент этих газов - оксид углерода (II).

Третья группа включает процессы гидрирования топлив (гидрогенизация). В этих процессах под давлением в среде водорода при высокой температуре в присутствии катализаторов протекают химические превращения с обогащением исходных веществ водородом. Процессам гидрирования подвергают как твердые топлива, так и жидкие (гидрокрекинг).

Каталитические процессы широко используют для переработки нефти, нефтепродуктов. Эти процессы основаны на применении контактных катализаторов (платины, хрома, оксида молибдена) и комплексообразующих катализаторов (синтетических алюмосиликатов).

На контактных катализаторах идут реакции с отщеплением водорода, образованием ароматических соединений. Это позволяет получить бензины с высоким октановым числом.

На комплексообразующих катализаторах идут реакции изомеризации и перераспределения водорода в молекулах, что повышает выход бензина по сравнению с термическим крекингом на 15 - 35%. Октановое число растет на 7 - 10 единиц.

Первую группу катализаторов применяют для облагораживания моторных топлив при их гидроочистке, каталитическом реформинге, а вторую - при каталитическом крекинге.

Каталитический крекинг нефтепродуктов - соляровых, керосиновых фракций - ведут в паровой фазе при температуре 450°С, давлении 0,1 - 0,2 МПа на катализаторе комплексе образующего типа. В результате концентрация ароматических углеводородов в бензине растет по сравнению с бензином термического крекинга с 3% до 16%. Это увеличивает октановое число до 77 - 78 единиц.

Преимущество каталитического крекинга также состоит в уменьшении количества непредельных углеводородов. В результате повышается стабильность бензина, его химическая стойкость, предотвращается образование смолистых веществ при хранении, применении.

Недостатком процесса крекинга является образование кокса (до 5%). Протекает отложение углерода на поверхности катализатора, что приводит к уменьшению его активности. Для восстановления катализатора осуществляют, например, выжигание отложений при температуре 550 - 600°С.

Однако образование кокса, особенно увеличение его выхода до R - 10%, интенсифицирует перераспределение водорода в молекулах. В результате выход бензина растет, а выход непредельных падает. Вместе с тем не идут по пути увеличения выхода кокса, так как при этом затрудняется регенерация катализатора.

При каталитическом крекинге керосино-соляровых фракций получают около 12 - 15% газов, содержащих пропан-пропиленовую и бутан-бутадиеновую фракции; до 10% каталитического газойля -лучшего дизельного топлива; 4-5% кокса; до 70% бензина с октановым числом 77 - 78 единиц.

Высокий выход бензинов с хорошими антидетонационными свойствами, а также возможность получения низко сернистых бензинов из высокосернистых фракций нефти, также являются преимуществами каталитического крекинга по сравнению с термическими методами.

Для увеличения октанового числа бензинов применяют каталитический реформинг. Его ведут в среде водорода под давлением в присутствии катализаторов контактного типа. При этом снижается выход кокса на катализаторе и количество серы в бензинах. Это достигается каталитическим отщеплением атомов серы, их гидрированием с образованием сероводорода.

Варианты реформинга отличаются температурой, давлением, катализаторами и методами их регенерации.

Распространение получил платформинг - процесс каталитической переработки легких нефтяных фракций на платиновом катализаторе в среде водорода при температуре 500°С. Платину используют на носителе - оксиде алюминия. В процессе платформинга одновременно идут реакции расщепления молекул, гидрирования, изомеризации, образования ароматических углеводородов. В зависимости от давления получают высокооктановый бензин либо ароматические углеводороды. При давлении около 5 МПа образуется бензин с октановым числом 98, а при 1,5 - 3 МПа - ароматические углеводороды.

При каталитическом реформинге, кроме жидких веществ, получаются газообразные с выходом 5 - 15%. Они содержат водород, метан, этан, пропан, бутан, изобутан. Эти соединения служат сырьем для синтеза метанола, формальдегида, пропилена, бутадиена, высокооктановых добавок к бензинам. Водород также используют для очистки нефтепродуктов от серы (гидроочистка). Гидроочистку ведут при давлении водорода 5-7 МПа, температуре 340 - 430°С на алюмокобальтмолибденовом катализаторе. При взаихмодействии водорода с сернистыми и кислородсодержащими соединениями образуются легко удаляемые сероводород, аммиак, вода.

Сочетание процессов каталитического реформинга и гидроочистки исключает необходимость строительства установок по производству водорода.