Производство бензола методом деалкилкилирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Характеристика сырья и производимой продукции

1.2 Теоретические основы процесса деалкилирования

1.3 Технология производства

1.4 Описание технологической схемы

1.5 Описание основных типов реакторного оборудования

2. Материальный баланс

Заключение

Список использованных источников

Введение

Бензол - один из наиболее распространенных химических продуктов и самое распространенное ароматическое соединение. В физическом весе пластмасс около 30%, в каучуках и резинах - 66%, в синтетических волокнах - до 80% приходится на ароматические углеводороды, родоначальником которых является бензол.

Основные области применения бензола - производство этилбензола, кумола и циклогексана. На долю этих продуктов приходится около 70% мирового потребления бензола. Этилбензол является важным нефтехимическим продуктом, основной объем которого используются для производства стирола.

Для увеличения ресурсов бензола широкое применение нашли процессы гидродеалкилирования его гомологов, осуществляемые при температурах 650~750°С. В качестве сырья гидродеалкилирования обычно используют толуол, фракции бензинов риформинга и пиролиза, содержащие низкомолекулярные ароматические и неароматические углеводороды. В некоторых случаях к этому сырью могут быть добавлены ароматические углеводороды С9.

Потребность в бензоле значительно превышает потребность в толуоле, а толуол получается в избыточном количестве как при каталитическом риформинге, так и при пиролизе. Поэтому часть бензола получают из толуола деалкилированием или диспропорционированием. В последнем случае наряду с бензолом получаются ксилолы. Процесс деалкилирования используется также для получения нафталина из алкилнафталин

1. Литературный обзор

1.1 Характеристика сырья и производимой продукции

бензол толуол деалкилкилирование

Сырьем для гидродеалкилирования служат толуол, его смеси с ксилолами, фракции бензинов пиролиза (после гидроочистки) и каталитического риформинга. Наиболее часто применяют бензольно-толуольно-ксилольную фракцию бензина пиролиза (БТК), выкипающую в пределах 70-150°С. Сырье гидродеалкилирования может содержать до 30% неарома-тпческих углеводородов. В условиях процесса они подвергаются гидрокрекингу, высококачественный бензол с температурой кристаллизации около +5,5°С выделяют из продуктов четкой ректификацией.

Бензол - бесцветная жидкость со своеобразным нерезким запахом. Температура плавления -- 5,5 °C, температура кипения -- 80,1 °C, плотность -- 0.879 г/смі, молекулярная масса -- 78,11г/моль. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфирами, бензином и другими органическими растворителями, с водой образует смесь с температурой кипения 69,25 °C. Растворимость в воде 1.79 г/л (при 25°C). Токсичен, опасен для окружающей среды, огнеопасен.

Транспортировку бензола осуществляют в железнодорожных цистернах и автоцистернах, на баржах и в металлических бочках. Перекачивание из одного сосуда в другой происходит в закрытой системе, так как бензол ядовит.

В зависимости от технологии производства получают различные марки бензола. Бензол нефтяной получают в процессе каталитического риформинга бензиновых фракций, каталитического гидродеалкилирования толуола и ксилола, а также при пиролизе нефтяного сырья.

Сырой бензол, технический бензол, жидкость с характерным запахом; начало кипения 74-77 °С; до 180°С отгоняется 85-95%; плотность 0,84-0,92 г/см3.

Извлекают из коксового газа высококипящими растворителями (обычно каменный уголь поглотительным, реже нефтяным соляровым маслами) с последующей отдувкой острым паром, сернокислотной и щелочной очисткой, а также многократной ректификацией. Средний выход 1% от сухой угольной шихты. Основные компоненты (80-90%): бензол, о- , м- и n-ксилолы, триметилбензолы и этилтолуолы.

В состав сырого бензола входят также непредельные (пентен, инден, кумарон, стирол, цикло-пентадиен и др.) и сернистые (H2S, CS2, тиофен с гомологами и т. д.) соединения; в виде примесей содержатся насыщенные углеводороды (гексан, гептан, циклогексан, циклогептан и др.), фенолы и пиридиновые основания.

Свойства сырого бензола определяются главным образом содержанием бензола и его гомологов и, кроме того, непредельных и сернистых соединений, количество которых зависит от качества шихты и условий (например, температуры и продолжительности) коксования.

Нефтяной бензол, получается в процессе каталитического риформинга бензиновых фракций, каталитического гидродеалкилирования толуола и ксилола, а также при пиролизе нефтяного сырья, и предназначенный в качестве сырья для производства синтетических волокон и каучуков, пластмасс, красителей и других продуктов органического синтеза, а также для экспорта.

В зависимости от технологии производства и назначения установлены следующие марки нефтяного бензола: высшей очистки, очищенный и для синтеза. Нормы для марок регламентированы ГОСТ 9572-93.

ГОСТ 8448-61 распространяется на каменноугольный и сланцевый бензол, получаемый в процессе термической переработки каменных углей и сланцев. Выпускается двух марок: для синтеза и для нитрации.

Бензол сырой каменноугольный представляет собой смесь, содержащую 81-85% бензола, 10-16% толуола, 1-4% ксилола. Содержание примесей не регламентируются.

ГОСТ 5955-75 соответствует бензолу как химическому реактиву, применяемому в лабораториях.

Ниже приведены технические характеристики марок нефтяного и каменноугольного бензола согласно вышеперечисленным ГОСТам.

Техническая характеристика марок каменноугольного бензола

Наименование нормируемых показателей	Норма для марки
	Для синтеза	Для нитрации
	Высший сорт	1-й сорт
Внешний вид и цвет	Прозрачная жидкость, не содержащая взвешенных и осевших на дно посторонних примесей, в т.ч. и воды, не темнее цвета раствора 0.003 г K2Cr2O7 в 1 дм3 .
Плотность при 20С (г/см3)	0,877-0,880	0,877-0,880	0,877-0,880
Пределы перегонки: 95% объема от начала кипения перегоняется в интервале температур С, не более (включая температуру кипения чистого бензола 80,1С)	0,6	0,6	0,7
Температура кристаллизации (С, не ниже)	5,3	5,3	5,2
Массовая доля примесей (%, не более):
Н/гептана	-	-	-
Метилциклогексана + толуола	-	-	-
Окраска серной кислоты (номер образцовой шкалы, не более)	0,1	0,1	0,15
Бромное число (г/100см3 бензола, не более)	-	-	0,06
Массовая доля (%, не более):
Сероуглерода	0,00007	0,0001	0,005
Тиофена	0,0002	0,0004	0,02
Сероводорода и меркаптанов	-	-	Отсутствие
Общей серы	0,0001	0,00015	0,015
Испытание на медной пластинке	Выдерживает
Реакция водной вытяжки	Нейтральная

Техническая характеристика марок нефтяного бензола

Наименование показателя	Норма для марки
	высшей очистки	очищенный	для синтеза
	ОКП24 1411 0120	ОКП24 1411 0130	ОКП 24 1411 0200
			высшего сорта	первого сорта
			ОКП24 1411 0220	ОКП24 1411 0230
1. Внешний вид и цвет	Прозрачная жидкость, не содержащая посторонних примесей и воды, не темнее раствора 0,003 К2Cr2О7 в 1 дм3 воды
2. Плотность при 20 °С, г/см3	0,878-0,880	0,878-0,880	0,878-0,880	0,878-0,880
3. Пределы перегонки 95 %, °С, не более (включая температуру кипения чистого бензола 80,1 °С)	-	-	0,6	0,6
4. Температура кристаллизации, °С, не ниже:	5,4	5,4	5,35	5,3
5. Массовая доля основного вещества, %, не менее:	99,9	99,8	99,7	99,5
6. Массовая доля примесей, %, не более:
н-гептана	0,01	0,06	0,06	-
метилциклогексана и толуола	0,05	0,09	0,13	-
метилциклопентана	0,02	0,04	0,08	-
толуола	-	0,03	-	-
7. Окраска серной кислоты, номер образцовой шкалы, не более:	0,1	0,1	0,1	0,15
8. Массовая доля общей серы, %, не более:	0,00005	0,0001	0,0001	0,00015
9. Реакция водной вытяжки	Нейтральная

1.2 Теоретические основы процесса деалкилирования

Деалкилирование (дезалкилирование), замещение алкильной группы в молекуле органического соединения на атом водорода. В зависимости от атома, с которым была связана алкильная группа, различают С-, О-, N- и S-деалкилирование. К деалкилированию иногда также относят замещение на атом водорода органических радикалов, например, гидрокси- и цианалкилов. Деалкилирование осуществляют под действием катализатора Льюиса, минеральных и органических катализаторов, при пиролизе или облучении. Легко протекает О- и S-деалкилирование, труднее N- деалкилирование аминов; С-деалкилирование обычно осуществляют в жестких условиях - при высокой температуре, давлении, в присутствии катализаторов. Как правило, легко происходит замещение третичных алкилов, например деалкилирование трет-бутильной группы в аминах осуществляют действием CF3COOH при комнатной температуре. В некоторых случаях трудно протекает деалкилирование первичных алкилов, например:

Деалкилирование толуола и других гомологов бензола можно осуществить в присутствии водяного пара на Ni-катализаторах и металлах группы Pt при 350-500°С. Другой способ деалкилирования ароматических углеводородов - действие Н2 в присутствии катализаторов (Сr2О3/Аl2О3, NiO/SiO2, NiO/ Аl2О3, металлы группы Pt на Аl2О3). Выходы составляют 60-90%; этот метод называется гидродеалкилированием или восстановительным деалкилированием. Механизм деалкилирования может включать образование иона оксония, аммония и т.п., например:



Известно непрямое деалкилирование, например деалкилирование третичных аминов до вторичных действием BrCN с последующим гидролизом образующегося цианамида. Деалкилирование алкиларенов - один из основных способов производства бензола (этим методом получают около 30% бензола в мире). Дeбутилирование, дебензилирование (обычно с помощью гидрогенолиза), детритилирование [замещение группы С(С6Н5)3] используют для снятия N-, О-, S-защитных алкильных групп в синтезе сахаров, нуклеозидов, глицеридов, пептидов, синтетических пенициллинов.

Целевая реакция:

C6Н5-СН3 + Н2 > С6Н6 + СН4

Реакция с образованием ксилолов:

2C6Н5-СН3 > СН3-С6Н4-СН3 + С6Н6

Параметры различных вариантов гидродеалкилирования приведены в таблице 1.1.

Промышленные процессы базируются на реакции гидродеалкилирования. Реакция экзотермична, для гидродеалкилирования толуола тепловой эффект 50 кДж/моль. Равновесное превращение толуола при температурах до 800 °С более 90%.

Таблица 1.1 - Параметры гидродеалкилирования при получении бензола

параметр	Получение бензола
	Термический способ	Каталитический способ
Температура,0С	780 - 790	600 - 650
Давление, МПа	5	4 - 5
Скорость подачи сырья, ч-1	4	1
Мольное соотношение водород:сырье	4:1	3:1
Расход водорода, % по массе	1,1	1,1
Выход целевого продукта, % по массе	79	60

При деалкилировании алкилбензолов отщепление боковой цепи происходит ступенчато, в продуктах реакции присутствует не только бензол, но и частично деалкилированные углеводороды

Побочные реакции включают конденсацию и распад ароматических ядер.

Термические процессы осуществляют при температуре 680 ? 7400C и давлении 2,4 ? 4,5 МПа. Скорость гидродеалкилирования толуола описывается уравнением первого порядка по сырью, порядок по водороду 0,5. Энергия активации 210 кДж/моль.

Гидродеалкилированне осуществляют по схеме гидрогенизационных процессов с рециркуляцией водородсодержащего газа. Сырье совместно со свежим и рециркулируемым водородом подогревают до требуемой температуры в теплообменниках и печи и направляют в реактор или систему реакторов гидродеалкилирования. Температура в реакторах повышается за счет тепла реакции и при необходимости регулируется подачей холодного водорода. Жидкие продукты подвергают очистке глиной. После выделения бензола ректификацией, высшие алкилбензолы, а также дифенилы возвращают в процесс.

Конверсия толуола в процессах каталитического и термического гидродеалкилирования «за проход» 60 ? 80%, селективность образования бензола 96 ? 99%.

Для осуществления процесса используют водородсодержащий газ риформинга, очищенный водород пиролиза, технический водород. При свободных ресурсах водорода на предприятии процесс осуществляют с подпиткой свежего водорода без очистки рециркулирующего водородсодержащего газа. При этом затраты водорода в 2 ? 3 раза превышают стехиометрические. При ограниченных ресурсах водорода часть рециркулирующего водорода очищают криогенным или абсорбционным способом от газообразных углеводородов C1 ? C4. При отсутствии водорода установку гидродеалкилирования комбинируют с установкой получения водорода конверсией с водяным паром метана, образующегося в процессе.

При использовании в качестве сырья бензинов пиролиза его предварительно подвергают гидростабилизации. Обычным методом подготовки сырья для процессов термического гидродеалкилирования является двухстадийная каталитическая очистка. На первой стадии гидрируют диолефины и стирол, на второй сырье подвергают гидроочистке с целью гидрирования моноолефинов и обессеривания. Поток из второй ступени может направляться на термическое гидродеалкилирование без конденсации продуктов.

Процесс деалкилирования толуола конверсией с водяным паром не требует затрат водорода, который образуется в качестве побочного продукта. Процесс осуществляют в присутствии катализатора, содержащего благородный металл платиновой группы, при температуре 400 ? 5200C, давлении 0,5 ? 2 МПа, мольном соотношении вода : толуол 4 ? 6 и объемной скорости подачи сырья 1?2 ч-1. Конверсия толуола «за проход» 60 ? 65%, селективность образования бензола 95% (мол.). Газообразные продукты содержат (по объему), в зависимости от применяемых условий, следующие компоненты: 50 ? 68% H2, 22 ? 27% CO2, 0,2 ? 2,8% СО, 7 ? 25% CH4.

1.3 Технология производства

На сегодняшний день существует три принципиально различных способа производства бензола.

1. Коксование каменного угля. Этот процесс исторически был первым и служил основным источником бензола до Второй мировой войны. В настоящее время доля бензола, получаемого этим способом, составляет менее 1 %. Следует добавить, что бензол, получаемый из каменноугольной смолы, содержит значительное количество тиофена, что делает такой бензол сырьем, непригодным для ряда технологичных процессов.

2. Каталитический риформинг (аромаизинг) бензиновых фракций нефти. Этот процесс является основным источником бензола в США. В Западной Европе, России и Японии этим способом получают 40--60 % от общего количества вещества. В данном процессе кроме бензола образуются толуол и ксилолы. Ввиду того, что толуол образуется в количествах, превышающих спрос на него, его также частично перерабатывают в:

o бензол -- методом гидродеалкилирования;

o смесь бензола и ксилолов -- методом диспропорционирования;

3. Пиролиз бензиновых и более тяжелых нефтяных фракций. До 50 % бензола производится этим методом. Наряду с бензолом образуются толуол и ксилолы. В некоторых случаях всю эту фракцию направляют на стадию деалкилирования, где и толуол, и ксилолы превращаются в бензол.

1.4 Описание технологической схемы

Технологическая схема производства бензола методом гидродеалкилированием толуола (HDA - процесс) показана на рисунке 1.1:



Рисунок 1.1 - Технологическая схема получения бензола гидродеалкилированием толуола: 1 - реактор; 2 - разделитель фаз; 3 - стабилизатор (дистиллятор); 4 - бензольная колонна; 5 - толуольная колонна; 6 - циркуляционный компрессор; 7 - теплообменники.

Сырьевой толуол и газ, содержащий 95 % водорода и 5 % метана, после подогрева в теплообменниках 7, поступают на вход в реактор 1, в котором при температуре 900-980 С и давлении 3.5 МПа протекают реакции

(1) C7H8 + H2 > C6H6 + CH4 - гидрирование толуола до бензола

(2) 2 C6H6 >C12H10 + H2 - димеризация бензола до дифенила

Степень конверсии толуола возрастает с температурой и составляет в промышленных условиях 60 - 90 %. Интегральная селективность по бензолу зависит от степени превращения и обычно больше 90%. Продукты реакции охлаждаются и в разделителе фаз - сдувке 2 часть газообразных компонентов CH4 и H2 выводятся из цикла. Далее, в дистилляционной колонне - стабилизаторе 3 практически полностью отделяются все газообразные продукты - восстанавливающие реагенты, они возвращаются на вход в реактор. Жидкая фракция поступает последовательно в бензольную колонну 4 и толуольную колонну 5, в которых правктически полность выводятся конечные продукты - бензол и дифенил. Оставшаяся непрорегировавшая часть толуола возвращается в рецикл.

1.5 Описание основных типов реакторного оборудования

Реакторы для проведения гетерогенных каталитических реакций можно классифицировать по фазовому состоянию реагентов и катализатора, по способу контакта между катализатором и реагентами, а также по конструктивному оформлению теплообменных процессов. Каталитические реакторы целесообразно классифицировать по фазовому признаку.

1. Реагирующая среда - газ, катализатор - твердый:

- контактные аппараты поверхностного контакта: трубы или сетки, выполненные из катализатора,

- контактные аппараты с фильтрующим слоем катализатора;

- контактные аппараты с взвешенным слоем катализатора;

- контактные аппараты с пылевидным движущимся катализатором

2. Реагирующая среда - жидкость; катализатор - твердый:

- аппараты с неподвижным катализатором;

- аппараты с взвешенным слоем катализатора;

- аппараты с потоком взвеси катализатора в жидкости;

- аппараты с мешалками.

3. Реагирующие вещества - газы и жидкости; катализатор - жидкость или взвесь твердого в жидкости:

- колонны с насадкой (пленочный контакт газа и жидкости);

- барботажные колонны (барботаж газа через жидкость или взвесь твердого в жидкости);

- реакторы с мешалками.

4. Реагирующие вещества - несмешивающиеся жидкости; катализатор - жидкость:

- аппараты с мешалками.

Подавляющее большинство промышленных аппаратов относятся к первой группе.

Контактные аппараты поверхностного контакта с размещением катализаторов в виде труб или сеток, через которые пропускается газ, применяются в меньшей степени, чем аппараты с фильтрующим или взвешенным слоем катализатора. При поверхностном контакте активная поверхность катализатора невелика. Поэтому аппараты такого типа целесообразно применять лишь для быстрых экзотермических реакций на высокоактивном катализаторе, обеспечивающим выход, близкий к теоретическому. При этих условиях в контактном аппарате не требуется размещать большое количество катализатора. Схема контактного аппарата с катализатором в виде сеток применяется в производстве азотной кислоты для окисления аммиака на платиново-родиевых сетках. В некоторых случаях, чтобы совместить катализ и нагрев газовой смеси, катализатор наносят на стенки теплообменных труб.

Аппараты с фильтрующим слоем катализатора наиболее распространены. Они применимы для любых каталитических процессов. В этих аппаратах слой или несколько слоев катализатора неподвижно лежат на решетчатой опоре (полке) или загружены в трубы, и через неподвижный слой катализатора пропускают поток реагирующего газа. Катализатор имеет форму зерен, таблеток или гранул различных размеров, но, как правило, не менее 4-5 мм в поперечнике, так как при более мелких частицах резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя катализатора и легче происходит его спекание.

Количество загруженного катализатора, высота, число слоев и расположение их в аппарате зависят от активности катализатора, характера каталитического процесса, условий теплообмена. Чем активнее катализатор и больше равновесный выход, и скорость реакции, тем меньше контактной массы нужно загружать в аппарат и тем меньше высота слоя катализатора. Особенности конструкции контактных аппаратов зависят в основном от конструктивного оформления теплообменных устройств. Поддержание оптимального температурного режима - наиболее сложная задача при конструировании контактных аппаратов.

Аппараты с фильтрующим слоем без теплообменных устройств наиболее просты по конструкции. Они работают на адиабатическом тепловом режиме, причем температурный режим регулируется только изменением состава и температуры исходного газа.

Такие аппараты можно применять: а) для практически необратимых экзотермических реакций, проводимых в тонком слое весьма активного катализатора, например, для окисления метанола в формальдегид; б) для реакций с низкой концентрацией реагентов, например при каталитической очистке газов путем окисления или гидрирования примесей; в) для экзотермических или эндотермических реакций с небольшим тепловым эффектом.

В этом случае количество загруженного катализатора в случае его малой активности может быть весьма велико, и высота слоя составляет иногда несколько метров.

Существует несколько способов теплообмена в контактных аппаратах, причем конструктивные приемы отвода тепла из реакционного объема и подведения тепла однотипны для проведения как экзотермических, так и эндотермических реакций. Примерная классификация контактных аппаратов с фильтрующим слоем катализатора по способам отвода (или подвода) тепла:

1) Контактные аппараты с периодическим подводом и отводом тепла.

2) Контактные аппараты с внешними теплообменниками.

3) Контактные аппараты с внутренними теплообменниками:

- полочные (ступенчатого отвода тепла);

- трубчатые (непрерывного отвода и подвода тепла).

4) Контактные аппараты с комбинированием нескольких приемов теплообмена.

Аппараты с периодическим подводом и отводом тепла применяются, главным образом, для эндотермических каталитических реакций. Они, как правило, однослойны. Принцип их работы состоит в том, что в аппарат, в котором на решетке расположен слой катализатора, попеременно подают то реагирующие вещества, то теплоноситель. Такие аппараты применяют для дегидрирования углеводородов, каталитического крекинга. Аппараты этого типа малопроизводительны.

В контактных аппаратах с внешними теплообменниками теплообмен производится между стадиями контактирования для поддержания температурного режима, близкого к оптимальному. Установки с выносными теплообменниками используются редко вследствие их громоздкости.

Полочные контактные аппараты - один из наиболее распространенных типов контактных аппаратов. Принцип их устройства состоит в том, что подогрев или охлаждение газа между слоями катализатора, лежащими на полках, производится в самом контактном аппарате с использованием различных теплоносителей или способов охлаждения. Промежуточное охлаждение между стадиями контактирования решается иногда размещением водяных холодильников между слоями катализатора. В некоторых процессах промежуточное охлаждение возможно производить дополнительным введением одного из реагентов между стадиями контактирования. Таким реагентом может быть холодный газ, воздух, водяной пар. Примером может служить каталитическая конверсия окиси углерода с водяным паром, применяемым в производстве водорода.

СО + Н2О > СО2 + Н2 + Q

Выход водорода по этой реакции увеличивается при избытке водяного пара. Поэтому применяют контактные аппараты - конверторы, в которых газ охлаждается и дополнительно насыщается водяным паром при испарении воды в испарителе.

В трубчатых контактных аппаратах теплообмен происходит непрерывно и одновременно с каталитической реакцией. Аппараты с катализатором в трубах используются для эндотермических и экзотермических реакций. В первом случае в межтрубное пространство аппарата подаются горячие топочные газы, омывающие труба с катализатором. По такому типу устроены контактные аппараты каталитической конверсии метана.

Более удачны по конструкции и чаще применяются контактные аппараты с двойными теплообменными трубами и расположением катализатора в межтрубном пространстве. Примером такого контактного аппарата с двойными теплообменными трубками служит колонна синтеза аммиака при среднем давлении.

Однако все контактные аппараты с фильтрующим слоем катализатора обладают следующими недостатками, присущими неподвижному катализатору и затрудняющими дальнейшую интенсификацию процессов:

1. В фильтрующем слое можно использовать лишь сравнительно крупные зерна или гранулы катализатора не менее 4-6мм в поперечнике, так как при более мелких частицах резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя.

2. В процессе работы частицы неподвижного катализатора спекаются и слеживаются, вследствие чего повышается гидравлическое сопротивление аппарата, нарушается равномерность распределения газа и снижается каталитическая активность катализатора.

3. Пористые зерна катализаторов имеют низкую теплопроводность, и скорость теплоотдачи от слоя к поверхности теплообмена очень мала. Поэтому невозможен интенсивный отвод тепла из неподвижного слоя и равномерное распределение температур по сечению.

4. Плохие условия теплообмена в фильтрующем слое катализатора не позволяют четко регулировать температуру и поддерживать оптимальный температурный режим.

Аппараты с взвешенным слоем катализатора в последние годы применяют взамен аппаратов с фильтрующим слоем. Принцип взвешенного слоя устраняет перечисленные недостатки и позволяет значительно упростить конструкцию контактных аппаратов. В аппаратах с взвешенным слоем применяют мелкозернистый катализатор с диаметром частиц 0.5-2мм. Взвешенный слой мелких частиц катализатора образуется в газовом или жидком потоке реагирующих веществ. Для этого газ пропускают снизу вверх через решетку, на которой находится катализатор с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение и весь слой перешел из неподвижного во взвешенное состояние. Важнейшее преимущество взвешенного слоя - это повышение производительности катализатора в результате уменьшения размеров частиц, и, следовательно, полного использования внутренней поверхности катализатора. Главным недостатком взвешенного слоя по сравнению с неподвижным является снижение движущей силы процесса вследствие более полного перемешивания газа, а также из- за прохождения части газа через слой в виде крупных пузырей. Другой недостаток- истирание зерен катализатора. Для взвешенного слоя необходимы высокопрочные, износоустойчивые мелкозернистые контактные массы. Аппараты взвешенного слоя применяются при проведении эндотермических процессов: дегидрирования углеводородов, каталитического крекинга.

В аппаратах с движущимся катализатором образуется поток взвеси катализатора, так как скорость парогазовой смеси велика и сила трения газа о зерна катализатора превышает массу катализатора. Недостатком установки с движущимся катализатором является трудность полного отделения пылевидного катализатора от газового потока.

Процесс каталитического риформинга протекает при высокой температуре и значительном отрицательном тепловом эффекте. Поэтому в зону реакции следует подводить тепло либо с теплоносителем, либо разбивая объем катализатора на несколько зон и подводя тепло в каждую из них. Распространение получил последний способ.

Каждый реактор содержит 15-55 % от общей загрузки катализатора в систему. Проходя через слой катализатора, предварительно нагретое сырье в смеси с циркулирующим водородсодержащим газом подвергается риформингу. При этом затрата тепла на реакцию вызывает падение температуры реакционной смеси, т. е. процесс протекает при затухающем температурном режиме. Осуществление реакции полностью в одном адиабатическом аппарате невозможно, так как общий перепад температур был бы очень значительным.

Чем выше концентрация нафтенов в сырье, чем значительнее затраты тепла, тем на большее число зон следует разделить реакторный блок, чтобы повысить среднюю температуру реакции. После каждой зоны смесь частично прореагировавшего сырья и образовавшихся продуктов поступает в змеевик трубчатой печи для восстановления исходной температуры.

Каждую реакционную зону оформляют в виде отдельного аппарата. Число ступеней промежуточного подогрева определяется химическим составом и активностью катализатора: чем выше концентрация нафтенов и чем активнее катализатор, тем большего перепада температур следует ожидать в реакционной зоне, т. е. увеличивается необходимое число работающих реакторов.

Обращаясь к установкам платформинга, можно видеть, что даже при переработке низкооктанового парафинистого сырья необходимо иметь не менее трех реакторов.

Если продолжительность непрерывной работы катализатора невелика, необходимо иметь запасные реакторы для периодической регенерации катализатора или полностью перейти на непрерывный процесс с движущимся катализатором. При длительной непрерывной работе стационарного катализатора, достигающей нескольких месяцев, процесс становится практически непрерывным.

2. Материальный баланс

Часовая производительность стадии деалкилирования по 63,42%-ному бензолу: 85000000/8100 = 10493,8 кг/ч, где 8100ч - годовой фонд рабочего времени

Найдем расход компонентов по деалкилату:

10493,8 кг/ч - 63,42 %

х - 100%

х = (10493,8 •100)/63,42 = 16546,5 кг/ч

Найдем Gрасхода для каждого компонента

Толуола:

16546,5 кг/ч - 100%

х - 35,16%

х = (16546,5 • 35,16)/100 = 5817,7 кг/ч

фракция С6 - С8 неаром. :

16546,5 кг/ч - 100%

х - 0,14%

х = (16546,5 • 0,14)/100 = 23,2 кг/ч

фракция С8 - С9 аром.

16546,5 кг/ч - 100%

х - 1,28%

х = (16546,5 • 1,28)/100 = 211,80 кг/ч

Найдем количество свежего ВСГ:

на 1000 кг деалкилата - 1500м3 ВСГ

16546,5 кг - х м3

Х = 16546,5 • 1500) / 100 = 248197,5м3

Содержание компонентов:

248197,5 • 97 / 100 = 240751,575 м3 или

240751,575 • 2 / 22,4 = 21495,68кг - водород

248197,5 • 2 / 100 = 4963,95 м3 или

4963,95 • 16 / 22,4 = 3545,68 кг - метан

248197,5 • 1 / 100 = 248,1975 м3 или

248,1975 • 28 / 22,4 = 310,25 кг - азот, где 2, 16 и 28 - киломольные массы водорода, метана и азота.

Найдем G толуола( с учетом степени превращения):

10493,8 • 92•100% / 78 • 61,5% = 20125,70 кг/ч

Найдем Gприх толуола

20125,70 - 16546,5 = 3579,2 кг/ч

Приход водорода: 10493,8 • 2 / 78 = 269,1 кг/ч

Занесем полученные значения в таблицу материального баланса:

Приход	т/год	Расход	кг/ч
Толуол	20125,70	Толуол	5817,7
водород	21495,68	Бензол	10493,8
метан	3545,68	фракция С6 - С8 неаром	23,2
азот	310,25	фракция С8 - С9 аром	211,80
		СВГ циркулирующий	28930,81
Итого:	45477,31	Итого:	45477,31

Составлен материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола мощностью 85 000 тонн в год бензола.

Заключение

Бензол-широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей.

Бензол - один из наиболее распространенных химических продуктов и самое распространенное ароматическое соединение. В физическом весе пластмасс около 30%, в каучуках и резинах - 66%, в синтетических волокнах - до 80% приходится на ароматические углеводороды, родоначальником которых является бензол.

В курсовом проекте:

· Рассмотрена технология процесса деалкилирования толуола

· Представлена принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола

· Рассчитан материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола.

Список использованных источников

1. Богданов Н.Ф., Переверзев А.Н. Депарафинизация нефтяных продуктов. М., Гостоптехиздат, 1961.248 с.

2. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3-я

3. Черножуков Н.И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. Под ред.А. А. Гуреева и Б.И. Бондаренко. - 6-е изд., пер. и доп. - М.: Химия, 1978 г. - 424 с.

4. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.

5. Ривкина Т.В. Обзор технологических процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. - 84с.

6. Банов П.Г. Процессы переработки нефти. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003, Ч3, 504 с.

7. http://chemanalytica.com

8. http://www.xumuk.ru

Размещено на Allbest.ru

...