Модернизация контакторов установки сернокислотного алкилирования Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

2. Горбачева А.Г. Философское осмысление влияния нбикс-технологий на интеллект человека // Вестник Омского университета, 2014. № 3

3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://habr.com/post/141794/ (дата обращения: 08.09.2018).

4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberiemnka.m/artide/v/iskusstvennyy-inteИekt-i-bezopasшst-obschestva/ (дата обращения: 08.09.2018).

5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.youtube.com/channel/UCOxQWb-OuyCSZadzWqrKTCQ/ (дата обращения: 08.09.2018).

6. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://habr.com/company/intel/blog/265679/ (дата обращения: 09.09.2018).

7. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Неигровой_персонаж/ (дата обращения: 09.09.2018).

8. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/ (дата обращения: 15.09.2018).

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНТАКТОРОВ УСТАНОВКИ СЕРНОКИСЛОТНОГО АЛКИЛИРОВАНИЯ Бахирев С.О.1, Бычков Д.В.2, Жабров М.В.3, Батавин П.А.4

1Бахирев Сергей Олегович - студент; 2Бычков Данил Витальевич - студент; 3Жабров Максим Владимирович - студент; 4Батавин Павел Александрович - студент, кафедра технологических машин и оборудования, Нефтехимический институт Омский государственный технический университет, г. Омск

Процесс сернокислотного алкилирования используется для получения высокооктановых бензинов без содержания ароматических углеводородов (на НПЗ не менее 92 октанового числа по моторному методу) в качестве компонента автомобильного бензина. Алкилбензин является высоко маржинальным продуктом за счет дешевого сырья, которым являются легкие углеводородные газы - побочный продукт каталитического кретинга [1].

Реакция алкилирования происходит в горизонтальном реакторе - контакторе (рис. 1), который представляет собой аппарат с мешалкой для перемешивания сырья и пучком труб для отвода тепла реакции.

Рис. 1. Эскиз контактора 40

На НПЗ установка сернокислотного алкилирования (УСА) перерабатывает по проекту 1178 тыс. т./сут. суммарного сырья (поток олефинового сырья плюс поток подпиточного изобутана). По факту производительность ниже, в диапазоне 1110-1130 тыс. т./сут. в зависимости от задач компании.

Проблема состоит в том, что нет возможности повысить загрузку до проектной, не нарушив технологию процесса. Важным параметром реакции сернокислотного алкилирования является ее температура (4-13 0С по регламенту УСА). Повышение температуры выше 13 0С способствует полимеризации олефинов и окислению (сульфированию) углеводородов в большей мере, чем алкилированию. В результате увеличивается расход серной кислоты на реакцию, снижается выход алкилата и ухудшается его качество по антидетонационной характеристике. Когда необходимо увеличить производительность, температура реакции выходит за пределы нормы технологического режима. Так, при загрузке 60 м3/ч по бутан-бутиленовой фракции (ББФ) и соотношении изобутан/олефины 7:1 температура реакции достигает 13,5 0С.

Снизить температуру реакции можно увеличив площадь теплообмена, заменив имеющийся трубный пучок с 1-дюймовыми трубками на пучок с трубками меньшего диаметра, например 3/4-дюйма. Это позволит разместить на той же трубной решетке большее количество труб, что увеличит площадь поверхности теплообмена.

Однако, замена трубного пучка дорогостоящее мероприятие (примерная стоимость одного трубного пучка 20 млн руб.), что требует рассмотрения возможности других способов решения поставленной задачи.

В связи с чем, была построена твердотельная модель потока циркулирующего в контакторе и проведено численное гидродинамическое исследование в программном пакете АШУ8 [2] (рис. 2).

[т 841

а б

Рис. 2. Численное моделирование контактора в пакете а - расчетная сетка; б - поле скоростей

По результатам исследований была выявлена «застойная» зона возле трубной решетки. Она образуется за счет «сваливания» потока в конце циркуляционной трубы (рис. 2б).

В результате чего, данная зона теплообменной поверхности трубного пучка работает не эффективно, и повышается общая температура реакции.

Для решения проблемы «застойной» зоны можно продлить циркуляционную трубу. Поток будет «сваливаться» ближе к трубной решетке и омывать «застойную» зону (рис. 3).

Рис. 3. Профиль скоростей потока после продления циркуляционной трубы

С целью лучшего распределения потока в конической области контактора целесообразно установить решетку (рис 5б), которая перераспределит поток, в результате чего застойная зона практически полностью исчезнет. Распределительная решетка представляет собой диск с профилированными каналами, имеющими большую суммарную площадь проходного сечения на внешнем радиусе и уменьшающуюся по направлению к циркуляционной трубе.

Рис. 4. Гидродинамическое испытание потока после модернизации

а)

б)

Рис. 5. а) Эскиз контактора после модернизации, б) Эскиз распределительной решетки

Таким образом, модернизация позволит увеличить скорость эмульсии в неработающей зоне трубного пучка. Предварительные оценочные расчеты показали, что в результате модернизации, возможно, увеличить нагрузку по сырью в диапазоне 5 - 10% при температурах в нормах технологического режима установки [3]. Уточнение сделанных выводов, в части процентного повышения производительности требует проведения дальнейших более углубленных исследований.

Список литературы

1. Общая органическая химия / Под общ. ред. Д. Бартона и У.Д. Оллиса. Т.

2. Стереохимия, углеводороды, галогенсодержащие соединения / Под ред. Дж.Ф. Стоддарта. Пер. с англ. / Под ред. Н.К. Кочеткова. М.: Химия, 1981. 736 с.

3. Каплун А.Б. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство / А.Б. Каплун, Е. М. Морозов, М.А. Олферьева. М.: Либроком, 2015. 272 с.

4. Дорогочинский А.З., Лютер А.В., Вольпова Е.Г. Сернокислотное алкилирование изопарафинов олефинами. / А.З. Дорогочинский, А.В. Лютер, Е.Г. Вольпова. М.: Химия, 1970. 216 с.