Интенсификация процесса пиролиза бензина с учетом рециркуляции Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

20

AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 1 2017

УДК 519.8/665.7+ 661.715.2

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА БЕНЗИНА С УЧЕТОМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ

А.М.Алиев, А.Р.Сафаров, И.И.Османова, А.М.Гусейнова, З.А.Мамедов*, О.А.Исмайлов

Институт катализа и неорганической химии им. М.Нагиева НАН Азербайджана *ПО "Азерихимия " Государственной нефтяной компании Азербайджанской Республики

agil_s@mail. ru

Поступила в редакцию 04.04.2016

Рассмотрены три возможных варианта повышения интенсификации процесса пиролиза бензина -проведение его с возвратом образовавшихся этана или пропана в отдельности обратно в пиро-лизную печь для дальнейших превращений и с рециркуляцией обоих углеводородов одновременно, т.е. совмещенного процесса пиролиза бензина, этана и пропана. Проведено сравнение выходов целевых продуктов (этилена+пропилена) во всех трех случаях с вариантом промышленного безрециркуляционного осуществления процесса. Рассчитана прибыль завода от применения предлагаемого метода.

Ключевые слова: пиролиз, бензин, этан, пропан, рециркуляция, прибыль.

Постановка задачи

В работе [1] предложены схема и расчет химико-технологического комплекса (ХТК) по переработке газов крекинга и пиролиза. В составе газов пиролиза, образующихся при пиролизе бензина на Сумгаитском заводе "Этилен-Полиэтилен", содержатся этан и пропан, служащие сырьем для производства этилена и пропилена, широко используемых в промышленности. Этан и пропан после разделительной системы поступают в свой реакторный элемент ХТК, где подвергаются пиролизу с получением этилена и пропилена. Процесс получения этих целевых продуктов можно значительно интенсифицировать, если до поступления этана и пропана в ХТК направить их обратно в бензиновую печь на повторную переработку. При этом нами рассмотрены три возможных варианта: 1) весь вышедший из печи этан (не успевший полностью прореагировать) возвращаем обратно в печь и повторяем эту процедуру до тех пор, пока он полностью не превратится в конечные целевые продукты (этилен+ пропилен); 2) так же поступаем с пропаном, посылая его непревращенное количество на рециркуляцию; 3) в совмещенном варианте ре-циркулируем одновременно оба непрореаги-ровавших продукта (этан+пропан).

Целью работы является сравнение выходов целевых продуктов (этилен+пропилен), принятых за критерий оптимизации, во всех трех случаях и выбор из них наилучшего.

При этом на рециркуляцию подаются только этан или пропан, так как именно они по первичным реакциям превращаются в целевые продукты. Другие реакции либо сопровождаются параллельно-последовательными побочными превращениями, либо доходят до равновесия, отвечающего недостаточно глубокому превращению сырья. Полное его превращение с уменьшением выходов побочных продуктов и увеличением выходов целевых достигается только с применением рециркуляции. Сущность способа состоит в том, что непрореагировавший этан или пропан, или оба углеводорода вместе после разделительной системы в смеси со свежим сырьем подаются снова в печь. На каждый последующий цикл пиролиза сырье добавляется в количестве, необходимом для доведения загрузки печи до рабочей величины. Начиная с определенного (достаточно большого) числа циклов, изменение количества рециркулята становится ничтожным, что говорит о практически полном превращении углеводорода в целевые продукты, процесс доходит практически до установившегося состояния, характеризующегося количественным постоянст-

вом рециркла и общего питания реактора, а также неизменностью химического состава этих потоков. При установившемся состоянии выход углеводорода из печи становится равным постоянному количеству подаваемого в нее свежего сырья.

Ниже предлагается пример расчета выходов целевых продуктов из бензиновой пиролизной печи с учетом основных положений теории рециркуляции [2].

Математические модели процессов пиролиза бензина, этана и пропана

Для исследования промышленного процесса пиролиза бензина с применением положений теории рециркуляции с целью его интенсификации необходимо составить его полное математическое описание.

В промышленности пиролиз бензина осуществляется в четырехпоточной трубчатой печи; каждый змеевик состоит из десяти труб с длиной прямого участка 12.2 м, общей длиной 13 м. Печь представляет собой обогреваемый змеевик, имеющий 2 секции: конвекционную, в которой идет подогрев поступающего сырья, и радиантную (реакционную), в которой происходят превращения углеводородов.

Длина такого реактора намного превышает его диаметр, скорость газа достигает 150-250 м/с, а число Рейнольдса для четырехдюймовой трубы - порядка 5105, т.е. наблюдается область сильно развитой турбулентности потока, где можно без особой погрешности считать, что линейная скорость, концентрация и температура не имеют радиального градиента по всей длине реактора, и реакционный змеевик можно рассматривать как реактор идеального вытеснения. Исследуемый процесс из-за сильной эндотермичности протекает при высоких температурах (в отсутствие катализатора) и является газофазным и гомогенным.

При разложении бензиновых фракций участвует большое количество реагирующих веществ, описать все превращения которых не представляется возможным. Поэтому в работе [3] с учетом наиболее существенных химических превращений предложена обобщенная стехиометрическая схема пиролиза бензина, включающая 4 первичных и 3 вторичных реакций пиролитического превращения сырья:

P1 H -

->VyH2 + V21CH4 + V31C2H4 + V41 P2_4 + V5C3H6 + V6,C4H + V7.C4H , 1 = 1, 2, 3,

~^V14H 2 + V 24CH4 + V34C2H 4 + V 4^4 + V54C3H + VMC4H6 + V ^Hg + VMA,

C2H4

2,5H2 + V1,5C2H2 ,

(1)

Vl, 6C2H 4 + V 2, 6C3H6 + V3,6C4H8

4,6A + V5,6H2 ,

V1,7C4H6 + V2,7A"

C,

где Р - парафины (при у=1 - нормальные, 7=2 - монометилзамещенные, 7=3 - полиме-тилзамещенные, 2-4 - с 2-4 углеводородными атомами), Н - нафтены, А - ароматические, С - высокомолекулярные соединения, Уу - массовые коэффициенты, равные массовым долям продуктов, образовавшихся при полном разложении сырья.

Согласно принятому механизму, пи-ролитическое разложение описывается семью реакциями первичного и вторичного превращения с четырнадцатью текущими компонентами.

Процессы распада при невысоких давлениях протекают обычно как реакции первого порядка, поэтому выражение для скорости реакции г^ будет:

Г = Р •

Зависимость констант скоростей от температуры представляется в виде уравнения Аррениуса:

к} = к0 1 ехр (- Е^КГ)(/ = 1,7).

В общем виде кинетическая модель пиролиза бензина в реакторе идеального вытеснения представлена уравнением (2):

ственную и качественную характеристики сырья и продуктов реакции и основные режимные параметры, поэтому она удобна при расчете промышленной печи пиролиза бензина.

В табл. 1 приведены кинетические параметры пиролиза бензина.

Таблица 1. Значения массовых стехиометрических коэффициентов, энергий активаций и предэкспоненциаль-ных множителей констант скоростей_

Номер реакции, j Предэкс. множ. Энергия активации Массовые стехиометрические коэффициенты

k0 j Vi V 2 vj v 4 vj V 6 v 7 vj

1 0.30-1014 60036.8 0.01 0.18 0.43 0.08 0.19 0.06 0.05 -

2 0.20-1014 60036.8 0.01 0.21 0.29 0.08 0.25 0.08 0.08 -

3 0.30-1013 55017.8 0.01 0.27 0.17 0.03 0.30 0.03 0.19 -

4 0.30-1016 70050.9 0.01 0.18 0.22 0.06 0.13 0.07 0.04 0.29

5 0.30-1012 65031.9 0.80 0.20 - - - - - -

6 0.58-108 40032.5 0.25 0.55 0.20 - - - - -

7 0.40-109 40032.5 0.40 0.60 - - - - - -

^ рехр у) р ^ ц),

(у = V). (2)

Эта модель основана на кинетических закономерностях процесса, содержит количе-

Кинетические исследования пиролиза прямогонной бензиновой фракции проводились в интервале температур (820-850)0С, соотношении водяной пар:сырье - 0.5:1 и времени контакта - 0.5 с. Данные условия выбраны, исходя из режимов работы промышленной бензиновой печи типа БЯТ-П завода "Этилен-Полиэтилен" ПО "Азерихимия".

В ходе исследования кинетической модели (2) было выявлено, что максимальные отклонения значений концентраций, рассчитанных по модели, от значений, полученных экспериментально, по основным компонентам реакции не превышают 8% (по этилену - не более 5%), а по побочным -(10-12)%. Поэтому коэффициенты кинетической модели, приведенные в табл. 1, могут быть использованы в расчетах.

Для полноты математического описания процесса к кинетической модели должны быть добавлены дифференциальные уравнения теплового баланса и потери напора, учитывающие такие режимные параметры, как температура и давление элементарного участка реакционного змеевика.

Уравнение теплового баланса элементарного участка пирозмеевика можно записать в виде:

( 14 Л 7

ёТ = дж<Зн ё/ - ё/Р ЛН^-Г;

Е n с

рг + П15С15

. г=1

После преобразований уравнение примет вид:

dT d/

4KäH q-Е АЯR]r}

Е n с

(3)

Расчет потери напора производился на основе уравнения Дарси-Вейсбаха:

15

dP d/

21 Тр R Е щТОс

Ч gP

(4)

j=1

Уравнения (2-4) составляют полную математическую модель процесса пиролиза бензина. Проверка её адекватности с помощью статистического критерия Фишера позволила сделать вывод о достаточном соответствии модели реальному процессу.

Так как целью работы является определение влияния возврата этана (пропана) обратно в бензиновую печь, то нам необходимы также математические модели процессов пиролиза этих углеводородов. Они разработаны в Институте Катализа и Неорганической Химии им. акад. М.Ф.Нагиева НАН Азербайджана [4].

Математическая модель процесса, осуществляемого с рециркуляцией, отличается от модели нерециркуляционного процесса

15

г=1

г=1

/

тем, что общая загрузка реакторного аппарата зависит не только от свежей загрузки, но и от рециркулируемого количества веществ, в данном случае - от глубины превращения реагирующего вещества за один проход.

В этом случае общая загрузка печи для рассматриваемых вариантов равна:

#£2нб = £ос2н6 + £кс2н6 (для пиролиза этана), #С3н8 = £ос3н8 + £кс3н8 (для пиролиза пропана).

Результаты расчетов по всем трем математическим моделям для первых двух вариантов поставленной задачи с возвратом в бензиновую печь только непрореагировавше-го этана или только непрореагировавшего пропана представлены в табл. 2, т.е. фактически в ней даются результаты совместного пиролиза этана и бензина в бензиновой печи или совместного пиролиза пропана и бензина в бензиновой печи (части 2 и 3). В первой части таблицы даны результаты расчета безре-циркуляцинного промышленного процесса пиролиза бензина. В табл. 2 включены и окончательные результаты расчетов совмещенного процесса пиролиза бензина, этана и пропана в одной и той же бензиновой печи (часть 4). Ниже дается механизм расчета последнего, самого сложного, варианта, по образцу которого станут ясными и результаты расчетов первых двух вариантов поставленной задачи.

При совмещенном пиролизе в бензиновую печь возвращаем одновременно не-прореагировавшие в ней и этан, и пропан и заново подвергаем их пиролизу совместно с пиролизом бензина. Тогда количество этана на выходе из печи будет складываться из его количеств, образованных при пиролизе бензина, при пиролизе самого этана в бензиновой печи, а также при пиролизе пропана в бензиновой печи (при котором также образуется некоторое дополнительное количество этана) за вычетом его количества, расходуемого на побочные продукты. То же самое можно сказать и о количестве пропана на выходе из бензиновой печи.

Постоянное уменьшение количества непрореагировавших этана и пропана на выходе из печи в результате превращения их в целевые продукты (этилен+пропилен) можно выразить уравнениями:

ПС2Щ = <нб + ГС2нб^ - ГС2Щ^ ^ 0

ПСзн8 = ПСзн8 + ГС3н8ё/ - ГСзн8ё/ ^ °

Уменьшение количества этана (пропана) на выходе из печи сокращает расходы на отделение его от остальных продуктов пиролиза, а также на перекачку его обратно в печь.

Механизм расчета совмещенного процесса пиролиза

Рассмотрим механизм расчета совмещенного процесса пиролиза для загрузок бензина - 13 т/ч, водяного пара - 9 т/ч при температуре на входе в печь - 8200С. Он представлен в табл. 3.

Так как нас интересуют только выходы этана, пропана, этилена и пропилена, то остальные продукты пирогаза (ост.) просто суммируем. Количества непрореагировав-ших в бензиновой печи этана и пропана, согласно составу на выходе из промышленной бензиновой печи (столбец 2), составили соответственно 0.429 и 0.078 т/ч. Это первоначальные рабочие загрузки этана (^1) и пропана 2) в бензиновую печь (I цикл). Их возвращаем в бензиновую печь, где они вновь подвергаются пиролизу. В столбце 3 представлены выходы продуктов пиролиза только из промышленных этановой и пропа-новой печей за однократный пропуск. При совместном пиролизе бензина, этана и пропана составы продуктов на выходе из бензиновой печи будут отличаться от первоначального (столбец 2). Пересчитанный состав для совмещенного пиролиза представлен в столбце 4. Умножая его на первоначальные загрузки ^=0.429 и ,§2=0.078 т/ч, получим выходы продуктов при пиролизе этана и пиролизе пропана в бензиновой печи за однократный пропуск (столбец 5). Согласно столбцу 4, непревращенными остаются 49.44% этана и 40% пропана, т.е. доли ре-циркулируемых этана и пропана будут

аю = 0.4944 и аК2 = 0.40. Соответственно их конверсии: х^0.5056 и х2=0.60.

Умножая g1 и g2 на х1 и х2 соответственно, получим непревращенные количества этана и пропана, которые подаются на вход в бензиновую печь в качестве свежего сырья (столбец 6). Умножая g1 и g2 на доли рециркулята аю и аК2, получим количества рециркулируемых этана и пропана в бензиновую печь (столбец 7). А общие загрузки составят = 0.429 т/ч, = 0078 т/ч

(столбец 7).

Таким образом, рециркулируя 0.2121 т/ч этана и 0.0312 т/ч пропана, для сохранения постоянства общей загрузки по этану и пропану в печь должны добавить 0.2169 т/ч этана, а не 0.429 т/ч как в I цикле, и 0.0468 т/ч пропана, а не 0.078 т/ч, как в I цикле, что значительно сокращает затраты на процесс.

Для наглядности достижения практически полного превращения непрореагиро-вавших этана или пропана в целевые продукты проследим за ходом изменения каждой порции сырья с первого до п-го (го-го) цикла. Количества свежей загрузки реактора - g0, рециркулята - gR и общей загрузки реактора - g0 в п-ом цикле определяются из выражений:

п „ п-1 п „ п-1 / О \п п-1

Еъ = Е1* ; ^ = ЕЛ ; (е ) = Ео .

Процедура достижения установившегося состояния в системе занимает много времени. Во избежание этого при нахождении материального баланса процесса в установившемся состоянии воспользуемся введенным М.Ф.Нагиевым понятием коэффициента рециркуляции, умножая на который величины выходов продуктов реакции за один цикл, получаем их значения в пересчете на исходное сырье [2].

Значения коэффициентов рециркуляции для пиролиза этана или пропана в бензиновой печи даны в столбце 8. Умножая их на выходы продуктов за однократный пропуск, получим выходы продуктов пирогаза при пиролизе этана в бензиновой печи с учетом пиролиза пропана и при пиролизе пропана в бензиновой печи с учетом пиролиза этана в

установившемся состоянии (столбец 9). Таким же образом получаем входы этана и пропана в бензиновую печь и рециркуляты этана и пропана в установившемся состоянии (столбцы 10 и 11). В столбце 12 представлены общие рециркуляты этана и пропана, идущие в бензиновую печь для совмещенного процесса в установившемся состоянии. В столбцах - выходы (13), общие выходы (14) из бензиновой печи в совмещенном пиролизе и суммарные выходы целевых продуктов (15).

Представляем схематическую картину совмещенного процесса пиролиза бензина, этана и пропана с одновременной рециркуляцией этана и пропана в бензиновую печь в установившемся состоянии.

Этан, 0.8485 т/ч

Бензин, 13 т/ч Совмещенный пиролиз бензина, этана и пропана Этилен, 3.478 т/ч

Пропилен, 2.093 т/ч

---► Г* Ост., 7.429 т/ч ^

• 13 т/ч

Пропан, 0.13 т/ч

Материальный баланс совмещенного процесса пиролиза бензина, этана и пропана.

Проводя аналогичные расчеты для загрузок бензина g1=13, 14, 15, 16 т/ч, входных температур Го=820, 830, 840, 8500С, нашли значения выходов этилена и пропилена. В табл. 2 представлено сравнение выходов целевых продуктов, полученных при работе бензиновой печи без рециркуляции, с рециркуляцией непрореагировавших этана и пропана в отдельности, а также при совмещенном процессе пиролиза бензина, этана и пропана

Определив из табл. 3 разницу в выходах суммы целевых продуктов при работе

бензиновой печи с рециркуляцией и без неё

с рец. ^ / \бе! рец. ] / ^

£с2Н4 + ЕСзИ6 ) - ^ (£С2Н4 +) ,т/ч N

и зная стоимость 1 тонны суммы целевых продуктов (Б=700 $/т) и число часов работы печи в год (т=8000 ч/год), получим прибыль завода в год (П, $/год). В табл. 4 приведены значения прибыли для всех рассмотренных вариантов.

Таблица 2. Сравнение выходов целевых продуктов безрециркуляционного процесса пиролиза бензина с выходами трех рассмотренных вариантов

>

N И

N

О

Н

И

о А

Г ^

о

и

>

Г

№

ю о

1

Процесс пиролиза бензина без рециркуляции

2

Процесс пиролиза бензина с рециркуляцией этана

3

Процесс пиролиза бензина с рециркуляцией пропана

4

Совмещенный процесс пиролиза бензина, этана и пропана

0С

т/ч

§Н20 ,

т/ч

(

Р

ёс2н4 + +Яс3нб т/ч

ёкс2нб рецирку-лят этана, т/ч

(

Р

ёс2н4 + +Яс3Нб т/ч

К

ёкс3н8 рецирку-

лят пропана, т/ч

Р

ёс2н +ёс

К

Р

ёс2н +ёс

ёкс2нб общий ре-циркулят этана в бенз. печь, т/ч

ё Яс3н8 общий ре-циркулят пропана в бенз. печь, т/ч

К

К

820

830

840

850

13

5.226

0.786

5.491

1.831

0.124

5.283

1.592

5.571

0.8485

0.130

1.978

5.330

0.780

5.629

1.722

0.125

5.409

1.381

5.741

0,8536

0.159

1.887

5.447

0.753

5.765

1.581

0.132

5.529

1.260

5.885

0,8325

0.156

1.754

5.504

0.706

5.851

1.440

0.135

5.599

1.153

5.869

0.7859

0.174

1.612

1.667

1.447

1.333

1.220

820

830

840

850

14

5.524

0.826

5.802

1.841

0.123

5.616

1.594

5.921

0.8916

0.210

1.979

5.606

0.808

5.916

1.734

0.125

5.725

1.385

6.071

0.8849

0.243

1.889

5.739

0.773

6.065

1.590

0.133

5.861

1.271

6.229

0.8547

0.233

1.759

5.793

0.732

6.153

1.452

0.137

5.923

1.159

6.205

0.8147

0.239

1.621

1.671

1.451

1.338

1.226

820

830

840

850

15

5.775

0.932

6.089

1.845

0.128

5.868

1.596

6.211

1.0057

0.2125

1.981

5.905

0.812

6.217

1.745

0.128

6.013

1.391

6.359

0.8886

0.2170

1.891

6.037

0.700

6.333

1.592

0.133

6.179

1.280

6.514

0.7736

0.2700

1.763

6.159

0.599

6.454

1.456

0.139

6.308

1.162

6.541

0.6674

0.2743

1.628

1.675

1.455

1.342

1.219

820

830

840

850

16

6.217

0.821

6.494

1.855

0.142

6.357

1.599

6.663

0.8860

0.3200

1.983

6.297

0.813

6.61

1.749

0.139

6.480

1.397

6.831

0.8905

0.3704

1.899

6.408

0.787

6.741

1.597

0.142

6.620

1.292

6.999

0.8701

0.4053

1.774

6.537

0.753

6.908

1.463

0.139

6.750

1.173

7.044

0.8383

0.3902

1.632

1.678

1.463

1.348

1.225

о

9

9

9

9

2 6

Таблица 3. Механизм расчета совмещенного процесса пиролиза бензина, этана и п

юпана в бензиновой печи

1

2

3

4

5

6

7

8

тн е н о п м о

Выходы из бензиновой печи за однократный пропуск

Выходы из этановой печи за однократный пропуск, мас.%

Состав продуктов пиролиза этана с учетом пиролиза

пропана,

%

мас.%

т/ч

Выходы прод. при пиролизе этана в бенз-ой печи при загрузке §1=0.429 т/ч этана за одно-кратн. пропуск

Вход этана в бенз-ой печь

80С2Н6 при конверсии этана х1=0.5056 (I цикл), т/ч

Рециркулят этана

8бс2Н6 =

81 ' а Б1 ,

т/ч

К Б2 =

Коэффициент рециркуляции

81 1

8 0С2Н6

1 - а

C2H6

C2H4

C3H6

Ост.

3.3

0.429

45.44

49.44 (аRl)

0.2121

0.2169

0.2121

24.6

3.198

29.65

29.65

0.1272

15.6

2.028

4.03

4.03

0.0172

55.9

7.267

17.8

16.8

0.0724

8 С2Н6

Общая загрузка, т/ч = 8 0С2Н6 + 8 ЯС2Н6 = 0.429

1.9778

СгИо

0.6

0.078

3.00

0

0

Р

¡=1 №

ю 0

Выходы из пропановой печи за однократный пропуск, мас.%

Состав продуктов пиролиза пропана с учетом пиролиза этана, мас.%

Выходы продуктов при пиролизе пропана в бенз-ой печи при загрузке £2=0.078 т/ч пропана за однокр. пропуск.

Вход пропана в бенз. печь

§0СН при конв. пропана х2=0.60 (I цикл), т/ч

Рециркулят пропана

&2=

т/ч

КБ2 =

Коэффициент рециркуляции

82 1

80С3Н8 1 а Б

СяИо

C2H4

СяИ^

Ост.

C2H6

0.6

0.078

37.00

40.00 (Ок;)

0.0312

0.468

0.0312

22.20

22.2

0.0173

23.60

23.6

0.0184

13.20

14.2

0.0110

4.00

0

Общая загрузка

§СэН8 = §0СэН8 + §ЯСзН8 = 0.078 ; т/ч

1.6667

0

Таблица 3. (Продолжение)

Ч И Н С И Ф И К А

П

Р

О Ц

И С

С А

р О

оо А

Б И Н

А N И

N

О

Н

И

О А

Г ^

о

и

А Г

№

ю

0

1

9

10

11

12

13

14

15

т н е н о п м

£

Вых. продуктов пирогаза в установившемся состоянии при пиролизе этана в бенз. печи с учетом пиролиза

пропана, т/ч (столбец 5)*Кщ

Вход этана в бенз. печь при установившемся

состоянии (столбец 6)*КШ, т/ч

Рециркулят этана при установ. состоянии (столб.7)хКш, т/ч

Общий рециркулят этана в бенз. печь при уста-нов. состоянии (столб. 2+столб. 11), т/ч

Выходы из бенз. печи при уста-нов. состоянии в совмещенном пиролизе, (столб.2 + столб.9), т/ч

Общие выходы из бенз. печи в совмещенном пиролизе, т/ч

Суммарный выход целевых продуктов

Р(3с2н4 + Всзнб ) в совмещенном процессе, т/ч

С2Н6

С2Н4

С3Н6

Ост.

С3Н8

С3Н8

С2Н4

С3Н6

Ост.

С2Н6

0.419

0.429

0.4195

0.429+0.4195=0.8485

0.251

0.0341

0.1432

0

Вых. прод. пиро-газа в установ-ся состоянии при пиролизе пропана в бенз. печи с учетом пиролиза этана, т/ч

Вход пропана в бенз. печь при установившемся состоянии, т/ч

Рециркулят пропана при установ. состоянии, т/ч

Общий рециркулят пропана в бенз. печь при установ. состоянии, т/ч

+3.44958

3.47844

+2.06219

2.09287

+7.41023

7.42869

+0.078

Е 13 т/ч

+ <

0.0520

0.078

0.052

0.078+0.052=0.13

0.0288

0.0306

+0.02886

+0.03068

+0.01846

0.0184

0

5.5713

ю

7

Таблица 4. Прибыль от применения рециркуляции

№ С рециркуляцией этана, П=Дх8хт, $/год С рециркуляцией пропана, П=Дх£хт, $/год Совмещенный пиролиз П=Дх8хт, $/год

1 1484000 317546.7 1933757

2 1674400 441512.9 2299425

3 1780800 457064.2 2453363

4 1943200 533073.4 2043435

5 1556800 515200 2220263

6 1736000 669019.5 2608161

7 1825600 681403 2744805

8 2016000 730230.9 2305839

9 1758400 519066.7 2441918

10 1747200 602138.8 2540712

11 1657600 793872.7 2665966

12 1652000 836989.6 2141728

13 1551200 785013.3 2491946

14 1752800 1026232 2989755

15 1864800 1187586 3312195

16 2077600 1193745 2836820

Выводы

Как видим, в интервалах изменения загрузок бензина (13-16) т/ч и температур в печи (820-850)0С проведение процесса пиролиза бензина с возвратом непревращенных только этана или только пропана в печь на повторную переработку, а также совмещение процессов пиролиза бензина, этана и пропана даёт значительную прибыль заводу во всех трех случаях за счет одной лишь разницы в выходах целевых продуктов по сравнению с промышленным процессом, осуществляемым без дополнительной рециркуляции этих углеводородов. Из табл. 4 также следует, что при наличии возможности выбора наиболее предпочтительным экономически окажется совмещенный пиролиз. Применение любого из исследованных вариантов зависит от возможностей завода, а также от потребности в том или ином целевом продукте или суммы их. Смешивая рециркулирующий этан или пропан с исходным бензином, можно исключить необходимость строительства специальных печей для пиролиза этана или пропана, сократив тем самым расходы на капитальное строительство.

Кроме того, при совмещенном процессе пиролиза за счет дегидрирования этана и пропана образуется дополнительное количество водорода, уменьшающее выход нежелательных ацетиленовых углеводородов.

Обозначения

П - прибыль за год, $/год; - наружный диаметр пирозмеевика, м; - внутренний диаметр пирозмеевика, м; Еу - энергия активации у-ой реакции, ккал/кмоль; Срг - теплоемкость г-го компонента, ккал/кмоль град; Е - площадь поперечного сечения змеевика, м2; Gc - общее количество сырья (бензина), т/ч; g0 - общая загрузка реактора, т/ч; gi -массовая доля г-го компонента; , я0гО -загрузки бензина и водяного пара в бензиновую печь, т/ч; н - общая загрузка пропана,

т/ч; Яс2н6 - общая загрузка этана, т/ч; g1, g2 -

первоначальные загрузки этана и пропана в бензиновую печь (рабочие), т/ч;

Яосн , Яосн - свежие загрузки этана и пр°-пана, т/ч; яКС2нб , яке3и8 - рециркуляты этана

и пропана в бензиновую печь, т/ч; я , Яс3н6- выходы этилена и пропилена, т/ч;

Яс2щ + Ясзи) - сумма выходов целевых

продуктов, т/ч; А^ - тепловой эффект у-ой

реакции, кДж/кмоль; К^ - коэффициент рециркуляции; ку - константа скорости у-ой реакции; к0у - предэкспоненциальный множитель константы скорости у-ой реакции; I - текущая длина реактора, м; Мг - молекулярная

масса /-го компонента, кг/кмоль; п1 - текущее число молей /'-го компонента в пирогазе, кмоль/с; п15 - текущее число молей водяного пара, кмоль/ч; Р - текущее давление в реакторе, атм; q - теплонапряженность поверхности нагрева, кДж м-2 с-1; Я - универсальная газовая постоянная, атм м3 кмоль К; гу -

-1 -1

скорость у-ой реакции, кмоль с м ; Т - температура, К; х - конверсия; ая - доля рецир-кулята; 1тр - коэффициент трения.

Список литературы

1. Алиев А.М., Сафаров А.Р., Гусейнова А.М. Расчёт предварительного материального баланса химико-технологического комплекса по пе-

реработке газов крекинга и пиролиза // Хим. пром-сть сегодня. 2016. № 3. С. 16-28.

2. Нагиев М.Ф. Теоретические основы рециркуляционных процессов в химии. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 332 с.

3. Жоров Ю.М., Васильева И.И., Панченков Г.М., Кузьмин С.Т. Математическое описание процесса пиролиза бензинов // Химия и технология топлив и масел. 1975. № 4. С. 16-19.

4. Алиев А.М., Таиров А.З., Гусейнова А.М., Бабаев А.И., Исмаилов Н.Р. Математическое моделирование и интенсификация промышленных процессов пиролиза углеводородных газов и их смесей с обратной связью // Хим. пром-сть. 2011. Т. 88. № 4. С. 163-183.

RESÏRKULYASÏYANI NOZORO ALMAQLA BENZÏNÏN PiROLiZ PROSESÎNÎN

ÏNTENSÎVLa§DiRlLMaSi

A.M.0liyev, ARSafarov, i.LOsmanova, A.M.Huseynova, Z.A.Mamm3dov, O.A.ismayilov

Sanayeda benzinin piroliz prosesinin intensivlaçdirilmasi maqsadi ils bu prosesda reaksiyaya girmayan etanin va yaxud propanin ayn-aynliqda va hamçinin birga alava resirkulyat çaklinda benzin sobasina yenidan daxil edilmasi taklif olunur va bu aks alaqanin maqsadli mahsullarin çiximina (etilena va propilena) neca tasir etmasi muayyanlaçdirilir. Çiximlarin har uç hal uçun va elaca da bu prosesin senayeda qeyd olunmuç karbohidrogenlarin resirkulyasiyasiz aparilmasinin muqayisasi gostarilib. Taklif olunan metod asasinda zavodun manfaati hesablanib.

Açar sozlar: benzinin pirolizi, etan, propan, resirkulyasiya, M3nf33t.

INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF PYROLYSIS OF GASOLINE WITH REGARD TO RECYCLING

A.M.Aliyev, A.R.Safarov, I.I.Osmanova, A.M.Guseynova, Z.A.Mamedov, O.A.Ismaylov

For the purpose of intensifying the industrial process of pyrolysis gasoline it is suggested to perform it with additional recycling of all unreacted ethane or propane into the gasoline stove and determine the effect of this feedback to the yield of the end products (ethylene and propylene). The comparison of outputs in bote cases, as well as with such at industrial implementation of the process without recycling of the mentioned hydrocarbons has been made. The plant profit from the use of the proposed method has been estimated.

Keywords: pyrolysis gasoline, ethane, propane, recycling, profit.