Установка алкилирования бензина производительностью по сырью 600 тыс.т/год-Машины и аппараты нефтехимических производств-Дипломная работа

Установка алкилирования бензина производительностью по сырью 600 тыс.т/год-Машины и аппараты нефтехимических производств-Дипломная работа
Дипломный проект содержит 132 с. машинописного текста, 17 ри-сунков, 14 таблиц, 21 наименований используемых источников.
Цель дипломного проекта заключалась в применении полученных знаний и навыков, приобретённых за весь курс обучения в университете, для решения сложных задач, связанных с будущей профессиональной дея-тельностью.
Технологическая часть дипломного проекта содержит описание, как отдельного участка установки алкилации бензина, так и всего процесса в целом.
В механической части проведен проверочный механический расчет основных узлов и деталей колонны, теплообменника, центробежного насо-са, контактора, емкости.
В графической части представлена технологическая схема процесса, конструкция спроектированного аппарата, теплообменного аппарата, цен-тробежного насоса и узла ввода колонны предварительного испарения.
В производстве автомобильных бензинов наблюдается тенденция к повышению их октанового числа, так как использование высокооктановых бензинов позволяет безвеличения габаритов повысить мощность карбюра-торных двигателей с одновременным снижением удельного расхода топ-лива. Основные сорта бензина должны иметь октановое число порядка 93-95. Наряду с этим по соображениям охраны окружающей среды резко со-кращается производство этилированных бензинов или значительно уменьшается содержание в них тетраалкилсвинца для снижения выбросов в атмосферу токсичных соединений углерода, серы и азота в составе вы-хлопных газов и отравляющего воздействия продуктов разложения тетра-алкилсвинца на катализаторы дожигания выхлопных газов двигателя. В этой связи особенно целесообразно увеличение содержание высокооктано-вых изопарафиновых компонентов в автобензине, которые, имея высокое октановое число по исследовательскому методу обладает низкой чувстви-тельностью.
В основе процессов производства высокооктановых изонарафиновов лежат реакции изомеризации н-парафинов и алкилированных парафино-вых углеродов олефиновыми углеродами С2 – С5.
Алкилированием называются процессы введения алкильных групп молекулы органических и некоторых неорганических веществ. Эти реак-ции имеют большое значение для синтеза алкилированных в ядро арома-тических соединений, изопарафинов, многих меркаптанов, сульфидов, аминов и т.д. Процессы алкилирования часто являются промежуточными стадиями в производстве мономеров, моющих веществ и т.д.
По механизму реакции алкилирования относится к двум основных группами:

1. Реакции кислотно-каталитическогоалкилирования.
2. Реакции термическогоалкилирования.
В настоящее время практически весь объём промышленного произ-водства моторных алкилатов основан на методе кислотно-каталитического алкилирования.На установке алкилации бензина осуществляется процесс алкилиро-вания с получением широкой бензиновой фракции алкилата. Алкилат, со-стоящий почти нацело из изопарафинов, имеет высокое окта-новое число. В рассматриваемый участок установки С-алкилирования, входят:
- колонные аппараты;
- теплообменные аппаратуры;
- трубчатые печи;
- насосы;
- контакторы;
- технологические емкости

Описание процесса алкилации бензина
Исходная углеводородная смесь после очистки от сернистых соединений и обезвоживания охлаждается испаряющимся изобутаном в холодильнике и поступает пятью параллельными потоками в смесительные секции реактора-алкилатора Р; в первую секцию вводятся циркулирующая и свежая серная кислота и жидкий изобутан, как показано на рисунке 14.

I - сырье; II -свежая кислота: III - пропан; IV - бутан; V - изобутан; VI - легкий алкилат;
VII - тяжелый алкилат; VIII - раствор щелочи; IX – вода
Рисунок 14 Принципиальная технологическая схема установки
сернокислотного С-алкилирования

Из отстойной секции алкилатора выводятся продукты алкилирования, которые после нейтрализации щелочью и промывки водой направляются в колонну К-2 для отделения циркулируемого изобутана. При некотором избытке в исходном сырье предусмотрен его вывод с установки. Испарившиеся в реакторе изобутан и пропан через сепаратор Р-рессивер комп-



рессором через холодильник подаются в колонну депропанизатор К-1. Нижний продукт этой колонны - изобутан - через кипятильник и теплообменник присоединяется к циркулирующему потоку изобутана из К-2.
Нижний продукт колонны К-2 поступает в колонну дебутанизатор К-3, а остаток К-3 - в колоннуК- 4 для перегонки суммарного алкилата. С верха этой колонны отбирается целевой продукт - легкий алкилат, а с низа - тяжелый алкилат, используемый обычно как компонент дизельного топлива.

2.2 Катализаторы С-алкилирования
Из всех возможных кислотных катализаторов в промышленных процессах алкилирования применение получили только серная и фтористоводородная кислоты, некоторые свойства которых приведены в таблице 5 (для 100 %-ных кислот).

Таблица 5 – Физические свойства кислот
Показатель H2SO4 HF
1. Плотность, кг/м3 1830,5 (при 20°С ) 955 (при 25°С)
2. Температура, °С
плавления
кипения 
10,4
296,2 
-83,4
19,4
3. Вязкость, сП (мПас) 33,0 (при 15°С ) 0,53 (при 0°С )
4. Поверхностное натяжение, Н/м3 55 (при 20°С ) 8,6 (при 18°С )
5. Функция кислотности Гаммета -12,2 -10,2
6. Растворимость при 13,3 °С, % масс.
изобутана в кислоте
кислоты в изобутане
олефинов в кислоте 
0,10
≈ 0,01
значительная 
3,1
0,6
значительная

Наиболее важными для жидкофазного катализа показателями кислот являются растворимости в них изобутана и олефинов. Растворимость изобутана в H2SO4 невелика и приблизительно в 30 раз ниже, чем в HF. Олефины в этих кислотах растворяются достаточно хорошо и быстро. В этой связи концентрация изобутана на поверхности раздела фаз (эмульсии типа углеводород в кислоте) намного меньше концентрации олефинов, что обусловливает большую вероятность протекания реакций полимеризации олефинов [7].
Это обстоятельство, а также высокие значения плотности, вязкости и поверхностного натяжения кислот, особенно H2SO4, обусловливает протекание реакций С-алкилирования в диффузионной области с лимитирующей стадией массопереноса реактантов к поверхности раздела фаз. Для ускорения химических реакций С-алкилирования в среде H2SO4необходимо интенсифицировать процессы перемешивания и дисперирования реакционной массы с целью увеличения поверхности раздела кислотной и углеводородной фаз.
В отечественной нефтепереработке применяются только процессы сернокислотного С-алкилирования. На НПЗ США около половины от суммарной мощности установок приходится на долю фтористоводородного С-алкилирования.
Сырье. С-алкилированию в нефтепереработке чаще всего подвергают изобутан и значительно реже изопентан (последний является ценным компонентом автобензина (его ОЧИМ = 93). Существенное влияние на показатели процесса оказывает состав алкенов. Этилен практически не алкилирует изобутан, но сульфатируется и полимеризуется. Пропилен легко вступает в реакцию с изобутаном, но октановое число меньше, чем при алкилировании бутиленами (таблица 2). Высшиеалкены (С5 и выше) более склонны к реакциям деструктивного алкилирования с образованием низкомолекулярных и низкооктановых продуктов.
Как видно из таблицы 6, оптимальным сырьем для С-алкилирования изобутана являются бутилены. В нефтепереработке в качестве алкенового сырья обычно используют бутан-бутиленовую фракцию в смеси с пропан-пропиленовой с содержанием пропилена менее 50 % от суммы алкенов.


Таблица 6 - Зависимость показателей процесса сернокислотного алкилирования изобутана от состава алкенов
Показатель Сырье

 пропилен бутилен амилен
Объемный выход алкилата, % на алкен
Объемный расход изобутана, % на алкен
Удельный расход кислоты на алкилат, кг/м3
Октановое число алкилата
моторный метод
исследовательский метод 175÷187
127÷135
216÷240

88÷90
89÷91 170÷172
111÷117
48÷72

92÷94
94÷96 55÷160
96÷114
120

91
92÷93

Диены, содержащиеся в сырье, образуют сложные продукты взаимодействия с серной кислотой и остаются в кислотной фазе, разбавляя кислоту, что увеличивает его расход. Поэтому диеновые углеводороды не должны содержаться в сырье. К сырью С-алкилирования предъявляются также повышенные требования по содержанию влаги и сернистых соединений. Если сырье каталитического крекинга не подвергалось предварительной гидроочистке, тогда бутан-бутиленовую фракцию крекинга сырье С-алкилирования - обычно очищают щелочью или в процессах типа Мерокс от сернистых соединений [8].

В данном дипломном проекте рассмотрена Установка алкилирования бензина производительностью по сырью 600 тыс.т/год.Целью дипломного проекта было проектирование колонны установкиалкилирования бензина, теплообменника и насоса.
В литературном обзоре дипломного проекта изучено современное состояние процессов, связанных с установками алкилирования бензина, выявлены возможные варианты модернизации оборудования, применяе-мого на установке. Проанализированы методики и нормативные докумен-ты для обоснования внедрения данного узла в производство.
Технологический раздел включил в себя описание технологической схемы и оборудования установки алкилирования бензина, так же были проведены расчёты поверхности нагрева теплообменника, его подбор по каталогу, технологический расчёт и подбор насоса. Был составлен матери-альный баланс колонны и установки в целом.
В механическом разделе были проведены расчеты на прочность эле-ментов корпуса колонны, расчёт аппарата на воздействие ветровых нагру-зок, расчёт фланцев и анкерных болтов. Приведены механические расчёты теплообменника и насоса. Прочностные параметры элементов колонного аппарата, теплообменника и насоса отвечают выполнению требуемых условий эксплуатации.
Разработаны сборочные единицы колонны, теплообменника и насо-са, а также рабочие чертежи их деталей. В процессе расчета и конструиро-вания аппаратуры были изучены ГОСТы, ОСТы, ТУ, РТМ и другие нор-мативно-технические материалы. При этом результаты расчета во многом определяются конструктивными решениями и материальным оформлением аппарата.

В дипломном проекте разработаны меры по охране труда работни-ков предприятия и безопасной эксплуатации производства, и защите окружающей среды.
В экономическом разделе было определена величина затрат на мо-дернизацию насосного оборудования. Посчитан экономический эффект и срок окупаемости.