Поверочный расчет печи П-101 1,2, колонны К-62 и Т-64 (стр. 2 из 5)
из ксилольных фракций.
Ксилольные фракции различаются соотношением изомеров ксилола и содержанием этилбензола. Примерный состав ксилольных фракций (в мас.%):
Таблица 1.1
| О-ксилол | М-ксилол | П-ксилол | Этилбензол | |
| Коксохимический ксилол | 10-12 | 52-60 | 14-20 | 8-12 |
| Нефтяной ксилол | 20-24 | 40-45 | 18-20 | 14-16 |
Разделение этих фракций состоит в четкой ректификации, обычно совмещаемой с изомеризацией ксилолов и выделением ценного п-ксилола кристаллизацией. Из смесей с ксилолами этилбензол можно выделить путем его селективной адсорбцией на Cs-форме цеолита марки X. В качестве десорбента американская фирма «UOP» рекомендует применять смесь пара – диэтилбензола и толуола[8].
1.2. Химизм процесса.
1.2.1 Химизм процесса алкилирования бензола этиленом.
В данный момент на предприятии ЗАО «Сибур-Химпром» вводится в эксплуатацию установка по получению этилбензола на твердофазном катализаторе.
В жидкой фазе реактора алкилирования этилен практически полностью вступает в реакцию с избыточным бензолом, образуя этилбензол (ЭБ):
Процесс протекает при температуре Т=+220÷+255°С, давлении Р=34кгс/см2 (3,4МПа). Эта реакция носит экзотермический характер, что приводит к постепенному повышению температуры от одного слоя катализатора к другому, тепловой эффект равен 27,6 ккал/моль (115,556кДж/моль).
Небольшое количество полученного этилбензола подвергается дальнейшему этилированию с образованием совместно именуемых полиэтилбензолов (ПЭБ):
Эти побочные процессы идут также с выделением тепла, тепловой эффект каждой из реакций составляет 27,8ккал/моль (116,393кДж/моль).
Ди- и триэтилбензолы выделяются из ЭБ внутри секции дистилляции установки ЭБ с последующим превращением в ЭБ за счет трансалкилирования с бензолом.
Фракция ЭБ, проходящая дальнейшее алкилирование до ПЭБ, зависит от свойственной моноалкилированной избирательности катализатора, пропорции сырьевых компонентов бензола и этилена (соотношения Б/Э), содержания ЭБ в подаваемом в реактор бензоле и от количества слоев катализатора алкилирования. Низкая величина ПЭБ означает, что потребуется меньше усилий на очистку от ПЭБ, небольшой реактор трансалкилирования и невысокий расход подаваемого туда бензола. Это важно также потому, что чем меньше рецикл ПЭБ, тем меньше побочных продуктов образуется в реакторе трансалкилирования и, соответственно, повышается производительность и качество продукта. При увеличении соотношения Б/Э падает доля образующихся ПЭБ, но при этом необходимо затратить больше усилий на извлечение бензола. Применение катализатора алкилирования EBMax обеспечивает низкий выход ПЭБ даже при небольшом соотношении Б/Э (Оптимальное соотношение Б/Э составляет свыше 2,47:1).
Внутри ректора алкилирования образуются также некоторые побочные продукты, которые не удается сразу же превратить в ЭБ. Главную роль здесь играет олигомеризация этилена:
Бутен может реагировать с бензолом, образуя при этом бутилбензол:
Олигомеры могут также образовывать неароматические углеводородные соединения (в основном, циклопарафины), которые кипят в диапазоне рабочих температур бензола. Количество олигомеров, формирующихся над катализатором алкилирования EBMax, чрезвычайно мало. Вследствие таких реакций внутри реактора алкилирования образуется небольшое количество бутилбензола и неароматических углеводородов.
Кроме того, в реакторе алкилирования EBMax формируется небольшое количество тяжелых соединений, которые представлены в основном диарилалканами типа дифенилэтана, а также более глубоко алкилированными соединениями. Они удаляются в колонне ПЭБ в виде кубовых остатков[3].
1.2.2 Сущность процесса трансалкилирования
ПЭБы, полученные на стадии алкилирования, удаляются за счет реакции с бензолом в процессе трансалкилирования, превращаясь в дополнительный ЭБ. Превращение ПЭБ в ЭБ происходит избирательным образом на катализаторе трансалкилирования EBMax. Для увеличения степени превращения внутрь реактора подается небольшой избыток бензола.
Небольшое количество бутилбензола, образовавшееся на стадии алкилирования, эффективно превращается в соединения, которые легко отделяются путем дистилляции. В основном они представлены бутаном, который удаляется вместе со сбросным газом, а дифениловые соединения (дифенилэтан и его производные) отводятся в виде кубовых остатков колонны ПЭБ. Небольшая фракция бутилбензола превращается в пропилбензол и этилбензол.
Сырьевой бензол, как правило, содержит порядка 0,05÷0,1% (масс.) неароматических соединений, в основном цикло- и изопарафины. Те соединения, чья точка кипения близка к бензолу, не удаляются напрямую вместе с ЭБ или побочными продуктами. В первую очередь, они удаляются за счет реакции трансалкилирования с образованием тяжелых соединений, которые покидают установку ЭБ вместе с кубовыми остатками. Наличие высоких концентраций неароматических соединений, например, свыше 0,1% (масс.), может привести к существенному повышению интенсивности образования тяже-лых соединений в реакторе трансалкилирования, что, в свою очередь, ведет к увеличению выхода кубового остатка[3].
2. Технологическая часть.
2.1 Описание технологической схемы.
Установка получения этилбензола состоит следующих систем:
- система компримирования и очистки этилена;
- система очистки бензола;
- система алкилирования;
- система трансалкилирования.
- система регенерации адсорбента и очистки реакторов;
- система извлечения бензола;
- система извлечения ЭБ;
- система извлечения ПАБ;
- система осушки бензола;
- система котловой питательной воды.
2.1.1 Система извлечения этилбензола
Для питания системы извлечения ЭБ используется кубовый продукт колонны К-52. Колонна К-62 выделяет продуктовый ЭБ из смеси алкилбензолов. Рабочие условия в К-62 подобраны таким образом, чтобы достигалась максимальная концентрация ЭБ в дистилляте и минимальная - в кубовом остатке.
Кубовый продукт системы извлечения бензола поступает на 26-ю тарелку К-62. Насосами Н-69/1,2 создаётся горячая струя через ребойлерную печь П-101/2 в куб колонны. Расход топливного газа в П-101/2 регулируется по температуре на 7 тарелке.
Пары верха конденсируются в Т-64, который представляет собой испаритель с паровым пространством, вырабатывающий пар низкого давления. Конденсат этилбензола собирается в ёмкости этилбензола Е-66. Уровень в ёмкости поддерживается выводом продуктового этилбензола за границу установки. Этилбензол подаётся насосами Н-67/1,2 – на орошение К-62 и в теплообменник продуктового этилбензола/свежего бензола Т-40. Горячий полиалкилбензол, содержащий ДЭБ, ТЭБ и более тяжёлые соединения, поступает из куба колонны К-62 в колонну К-72. Ребойлеры колонн К-52 и К-62 имеют общую конвекционную секцию и дымовую трубу[3].
2.2 Поверочный расчет печи П-101/1,2
Исходные данные
- проектная тепловая нагрузка печи: Qпр = 8 Гкал/ч = 33494400 кДж;
- топливо (природный газ) состава (в объёмных %):
СН4=89,1; С2Н6=4,4; С3Н8=1,08;; i-C4H10=0,69; С5Н12=0,43; N2=4,3; Сумма=100
Определим поверхности нагрева труб исходя из следующих данных: количество труб в обеих радиантных камерах 144, внешний диаметр труб 0,134 м, полезная длина 12 м
- поверхность нагрева радиантных труб: Hр = 727,07 м2;
2.2.1Расчет процесса горения
Двухскатная печь шатрового типа с факельным сжиганием топлива работает на природном газе.
Среднестатистический природный газ имеет следующий состав (табл.2.1):
Таблица 2.1
Состав топливного газа
| Компонент | N2 | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | i-C4H10 | C5 и выше |
| Содержание, об. % | 4,3 | 89,1 | 4,4 | 1,08 | 0,69 | 1,48 | 0,43 |
В табл.2.2 представлены теплоты сгорания компонентов топлива, необходимые для расчета его низшей теплоты сгорания:
Таблица 2.2
Теплоты сгорания компонента топлива
| Компонент | H2S | H2 | N2 | CH4 | C2H6 | C3H8 | C3H6 | n-C4H10 | i-C4H10 | C4H8 | C5 и выше |
| Объемная теплота сгорания, кДж/м3 | 25,14 | 10,8 | – | 35,84 | 63,8 | 91,32 | 86,06 | 118,73 | 109,3 | 113,5 | 146,1 |
Низшая теплота сгорания топлива:
где
– теплота сгорания компонентов топлива, кДж/м3;yi = объемная доля компонента.
Qнр = 37310 кДж/м3 = 47810 кДж/кг
Найдем среднюю молекулярную массу топлива:
где
– молекулярная масса компонента топлива;