Технология пиролиза углеводородного сырья в трубчатых печах (стр. 6 из 15)
Разделитель (Е-3) имеет устройство аналогичное разделителю (Е-2). В общем отсеке разделителя (Е-3) происходит разделение на подсмольную воду и пироконденсат (легкую смолу), который перетекает в отсек смолы и далее отводится в отделение 11-19а цеха №11-19 совместно с легкой смолой. Подсмольная вода откачивается в смолоотстойник (О-2), где происходит разделение углеводородного конденсата и воды.
Подсмольная вода из смолоотстойника (О-2) самотеком поступает в общий отсек разделителя (Е-4), где происходит дополнительное разделение подсмольной воды от углеводородного конденсата. В результате разницы удельных весов углеводородный конденсат накапливается в отсеке смолы разделителя (Е-4), откуда периодически насосом (Н-6) откачивается в смолоотстойник (Е-2), а подсмольная вода из общего отсека разделителя (Е-4) подается в колонну (К-2) для отпарки от углеводородов, после чего сбрасывается в химзагрязненную канализацию (ХЗК).
Реакция термического разложения углеводородного сырья на олефины происходит с образованием кокса, осаждающегося на внутренних поверхностях змеевика. Периодически, для удаления кокса, пиролизные печи (П-1) и ЗИА (Х-1) останавливают на выжиг.
Останов печи (П-1) на выжиг производится:
- по окончании времени пробега печи между ремонтами согласно классификатору;
- при резком или постепенном повышении давления паро-сырьевой смеси на входе в печь (П-1) на 2 кг/см2 и более от первоначального, если данное повышение не связано с увеличением нагрузки;
- при наличии отдулин, белых пятен на трубах внутри печи и темных пятен снаружи, свидетельствующих об отложении кокса;
- при любом останове печи, если к моменту останова пробег ее составил более 400 часов;
- при росте температуры пирогаза после ЗИА (Х-1) выше 675оС;
Во избежание прогара в случае интенсивного горения кокса в трубы подается пар давления 8кг/см2. Воздух для выжига подается из цеха 106-605. При выжиге кокса температура газов после ЗИА (Х-1) выдерживается не ниже 650оС.
Выброс газов выжига осуществляется в боров печи. Выжиг змеевика от кокса считается законченным при содержании СО2 в газах выжига не более 1% об.
Паровой конденсат, полученный в отделении пиролиза, смешивается с паровым конденсатом из заводской сети, отделения газоразделения и используется на цеховые нужды.
3. Исходные данные для проектирования
Исходные данные
Суммарная производительность по олефинам
(этилен + пропилен), т/час 7,882
Сырье бутан технический
Состав сырья, % об.
пропан 15,8
бутан 81,3
пентан 2,9
Разбавление водяным паром, % масс. от сырья 50
Состав технического этилена, % масс.
этилен н.м. 99,9
Состав технического пропилена, % масс.
пропилен н.м. 99,5
Таблица 3.1 - Состав пирогаза (производственные данные)
| Компонент | % масс. | % мольн. |
| С2Н6 | 10,23 | 8,76 |
| С2Н4 | 30,52 | 27,99 |
| СН4 | 20,02 | 32,13 |
| С3Н8 | 3,39 | 1,98 |
| С3Н6 | 15,84 | 9,69 |
| С4Н10 | 7,61 | 3,37 |
| С4Н6 | 5,91 | 2,81 |
| С5Н12 | 7×10-5 | 2×10-5 |
| С2Н2 | 0,13 | 0,13 |
| Н2 | 0,71 | 9,12 |
| полимеры | 3,76 | – |
| кокс | 1,88 | 4,02 |
| Итого | 100 | 100 |
Производительность по этилену:
5,1892 т/чПроизводительность по пропилену:
2,6928 т/ч4. Технологический расчет
4.1 Материальный баланс
4.1.1 Материальный баланс реактора
Таблица 4.1 - Материальный баланс реактора
| Компонент | Молекуляр-ный вес, кг/кмоль | % масс. | Массовый расход, кг/ч | % мольн. | Мольный расход, кмоль/ч |
| Приход | |||||
| 1. Сырье,в т.ч.:пропанбутанпентан | 55,344,058,072,0 | 10012,5785,302,31 | 170002119,914494,2385,9 | 10015,881,32,9 | 303,0047,8249,965,36 |
| 2. Водяной пар | 18 | 100 | 8500 | 100 | 472,22 |
| Итого | 25500 | 775,32 | |||
| Расход | |||||
| 1. Пирогаз,в т. ч. | 100 | 25500 | 100 | 1078,44 | |
| этан | 30 | 6,82 | 1739,1 | 5,11 | 57,97 |
| этилен | 28 | 20,35 | 5189,25 | 16,34 | 185,33 |
| метан | 16 | 13,35 | 3404,25 | 18,75 | 212,77 |
| пропан | 44 | 2,26 | 576,3 | 1,15 | 13,1 |
| пропилен | 42 | 10,56 | 2692,8 | 5,65 | 64,11 |
| бутан | 58 | 5,07 | 1292,85 | 1,97 | 22,29 |
| бутадиен | 54 | 3,94 | 1004,7 | 1,64 | 18,6 |
| пентан | 72 | 4×10-5 | 0,0102 | 1,4×10-5 | 1,4·10-4 |
| ацетилен | 26 | 0,09 | 22,95 | 0,08 | 0,88 |
| водород | 2 | 0,47 | 119,85 | 5,32 | 4,61 |
| полимеры | — | 2,51 | 640,05 | – | – |
| кокс | 12 | 1,25 | 318,75 | 2,35 | 26,56 |
| водяной пар | 18 | 33,33 | 8500 | 41,64 | 472,22 |
| Итого | 100 | 25500 | 100 | 1078,44 | |
Степень конверсии пропана:
.Степень конверсии бутана:
.Степень конверсии пентана:
. 
Степень конверсии сырья:
0,1257×0,7262 + 0,8530×0,9094 + 0,0227×1,00 = 88,76%.
Селективность по этилену:
.Селективность по пропилену:
.4.1.2 Материальный баланс от аппарата к аппарату
Составы выходящих потоков для составления баланса взяты из регламента производства.
Таблица 4.2 - Материальный баланс от аппарата к аппарату
| Аппарат | Приход | Расход | ||||
| Компонент | % масс. | кг/ч | Компонент | % масс. | кг/ч | |
| Печь (П-1) | 1.Сырье2.Водяной парИтого | 100100 | 17000850025500 | Пирогаз | 100 | 25500 |
| Абсорбционная колонна (К-1) | Пирогаз | 100 | 25500 | 1.Пирогаз2.ТСП3.КоксИтого | 91,17,651,25100 | 23230,51950,75318,7525500 |
| Сепаратор (С-1) | Пирогаз | 100 | 23230,5 | 1.Пирогаз2.ЛСП + подсмольная водаИтого | 79,520,5100 | 18468,254762,2523230,5 |
| Разделитель (Е-2) | ЛСП + подсмольная вода | 100 | 4762,25 | 1.ЛСП2.Подсмольная водаИтого | 34,165,9100 | 1623,933138,324762,25 |
| Сепаратор (С-2) | Пирогаз | 100 | 18468,25 | 1.Пирогаз2.ЛСП +подсмольная водаИтого | 72,827,2100 | 13444,895023,3618468,25 |
| Разделитель (Е-3) | ЛСП + подсмольная вода | 100 | 5023,36 | 1.ЛСП2.Подсмольная водаИтого | 57,742,3 | 2898,482124,885023,36 |
4.1.3 Материальный баланс отделения пиролиза
Материальный баланс отделения пиролиза представлен в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Материальный баланс отделения пиролиза
| Приход | Расход | ||||
| Компонент | % масс. | кг/ч | Компонент | % масс. | кг/ч |
| 1. Сырье | 50 | 17000 | 1. Пирогаз | 52,7 | 13444,89 |
| 2. Водяной пар | 50 | 8500 | 2. ЛСП | 17,7 | 4522,41 |
| 3. ТСП | 7,7 | 1950,75 | |||
| 4. Кокс | 1,3 | 318,75 | |||
| 5. Подсмольная вода | 20,6 | 5263,80 | |||
| Итого | 100 | 25500 | Итого | 100 | 25500 |
4.1.4 Материальный баланс в расчете на одну печь
Производительность одной печи по олефинам, кг/ч:
G1 = G/n, где n – количество печей
G1=7882,50/2=3941,025;
по этилену, кг/ч: 3941,025×0,6568 = 2588,46
по пропилену, кг/ч: 3941,025×0,3432 = 1352,56, где
0,6568 – массовая доля чистого этилена в целевом потоке;
0,3432 – массовая доля чистого пропилена в целевом потоке
Производительность по сырью, кг/ч:
F = G1× 
,
где 0,3052 – массовая доля этилена в пирогазе
, принимаем F=8500 кг/чМатериальный баланс одной печи представлен в таблице 4.4.
Таблица 4.4 - Материальный баланс одной печи
| Компонент | Молекулярный вес, кг/кмоль | % масс. | Массовый расход, кг/ч | % мольн. | Мольный расход, кг/кмоль |
| Приход | |||||
| 1. Сырье,в т.ч.:пропанбутанпентан | 57,344,058,072,0 | 10023,0445,5531,41 | 85001958,43871,752669,85 | 10015,881,32,9 | 151,5523,9124,982,68 |
| 2. Водяной пар | 18 | 100 | 4250 | 100 | 236,11 |
| Итого | 12750 | 387,66 | |||
| Расход | |||||
| 1. Пирогаз,в т. ч. | 100 | 12750 | 100 | 539,22 | |
| этан | 30 | 6,82 | 869,55 | 5,11 | 28,985 |
| этилен | 28 | 20,35 | 2594,625 | 16,34 | 92,665 |
| метан | 16 | 13,35 | 1702,125 | 18,75 | 106,385 |
| пропан | 44 | 2,26 | 288,15 | 1,15 | 7,55 |
| пропилен | 42 | 10,56 | 1346,4 | 5,65 | 32,055 |
| бутан | 58 | 5,07 | 646,425 | 1,97 | 11,145 |
| бутадиен | 54 | 3,94 | 502,35 | 1,64 | 9,3 |
| пентан | 72 | 4×10-5 | 5,1×10-3 | 1,4×10-5 | 0,7·10-4 |
| ацетилен | 26 | 0,09 | 11,475 | 0,08 | 0,44 |
| водород | 2 | 0,47 | 59,925 | 5,32 | 23,05 |
| полимеры | — | 2,51 | 320,025 | – | - |
| кокс | 12 | 1,25 | 159,375 | 2,35 | 13,28 |
| водяной пар | 18 | 33,33 | 42,50 | 41,64 | 236,11 |
| Итого | 100 | 12750 | 100 | 539,22 | |
4.2 Тепловой баланс печи
4.2.1 Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь
Тепловой баланс узла смешения: