Лабораторная работа №1 .. Лабораторная работа.

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Лабораторная работа №1.

Пиролиз нефтепродуктов

Выполнили студенты гр. 2241-41

Балахчев Н., Бородов А., Закирова А.,

Каримов А., Кулагина В., Муртазин Р,

Усманов Р., Сабирзянов А., Нуриев Ш.,

Хафизов А.

Проверила: доцент Тунцева С. Н.

Казань 2016

Лабораторная работа.

Пиролиз нефтепродуктов

Цель работы: Изучение основных закономерностей гомогенных ХТП с протекающей сложной некаталнтической обратимой реакцией на примере пиролиза жидких нефтепродуктов.

Теоретическая часть.

Пиролиз- высокотемпературный ( 700°С) крекинг (термическое разложение) углеводородов, протекающий при низких давлениях.

Целевые продукты пиролиза - олефиновые продукты - По масштабам потребления первое место занимают ЭТИЛЕН (С₂ ) и ПРОПИЛЕН (С₃ ).

Основные области их использования следующие:

Этилен: полиэтилен; этилбензол → стирол → полистирол; окись этилена → этиленгликоль→ полиэфирное волокно; дихлорэтан → винилхлорид → поливинилхлорид; этиловый спирт → ацетальдегид → уксусная кислота → винилин (волокно)

Пропилен: полипропилен: окись пропилена → пропиленгликоль; акрилонитрил → полиакрилаты; глицерин → полиглицерин; н-бутиловый спирт; изопрен → изопреновый каучук

Сырье пиролиза ( в лаборатории ОХТ) - керосин, бензин, легроин. В промышленности используют этан - этиленовую, пропан- пропиленовую фракции.

Закономерности процесса пиролиза

При пиролизе протекают две группы сложных обратимых реакций.

Первичные (реакции расщепления):

-распад молекул предельных углеводородов с разрывом связи С-С (преимущественно в середине молекулы);

-Дегидрирование предельных и нафтеновых углеводородов;

-деалкилирование с отрывом боковой цепи;

Голоядерная ароматика (бензол, нафталин и пр. ) не подвергается распаду.

- Вторичные (реакции уплотнения, приводящие к образованию смол и кокса);

- изомеризация предельных углеводородов;

-полимеризация

-циклизация

-дегидрирование олефинов с образованием диолефинов:

-конденсация диолефинов с олефинами:

Продуктами пиролиза являются газообразные, жидкие и твердые углеводороды (пирогаз, смолы, кокс). Целевые продукты пиролиза в составе пирогаза. Выбор сырья определяется, в основном, конечными продуктами пиролиза. Легкое сырье (бензин ) углеводороды относительно малого молекулярного веса - дает большие выходы газа, тяжелое сырье (керосин): имеет большой молекулярный вес и длинную цепь - увеличивает выход ароматических и жидких олефинов.

Свойства сырья	бензин	. 1111 рОИН	керосин
Пределы выкипания, °С	70-180	120-212	180-330
Средняя длина углеводородной цепи	С6-С9	С9-С12	С12-С19

При одинаковом времени пребывания реагентов в зоне реакции и при одной и той же температуре легкое сырье успевает разложиться до газообразных углеводородов, тогда как тяжелые углеводороды главным образом, только до жидких парафинов и олефинов.

Основными параметрами, от которых зависят скорость, конверсия, избирательность, процесса, являются: фракционный состав и химическая природа сырья, температура, давление и время

пребывания в зоне реакций. Скорость пиролиза возрастает с повышением температуры

выкипания углеводородов и с понижением их термостойкости (следующая

последовательность: парафины < нафтены < олефины < ароматика).

В пределах одного и того же класса термостойкость уменьшается с увеличением молекулярной массы.

Как первичные, так и вторичные реакции обратимы, поэтому процессом пиролиза управляют на основе принципа Ле-Шателье:

«Если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условии, определяющих положение равновесия, то равновесие смещается в том направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшается». Иными словами, система как бы противодействует внешнему воздействию. Так. повышение температуры способствует ускорению эндотермических (первичных) и замедлению экзотермических (вторичных ) реакций.

Следовательно, чтобы увеличить выход продуктов расщепления (газа, содержащего низшие олефины) и снизить выход продуктов уплотнения (кокса, смолы) в реакционной зоне следует поддерживать высокую температуру. Для пиролиза жидкого сырья требуется более мягкий температурный режим (700-750°С). чем для газообразного сырья (более 800°С).

Повышение давления способствует замедлению первичных реакций, идущих с увеличением объема, и ускорению вторичных, протекающих с уменьшением объема. С повышением давления место разрыва цепи смещается к середине. Поэтому, если необходимо увеличить выход жидких продуктов, то процесс проводят при повышенном давлении, если необходимо увеличить выход газообразных, процесс ведут при пониженном давлении. Парциальное давление паров углеводородов снижают за счет подачи перегретого водяного пара в количестве 10 - 20 % масс для газообразного сырья и 50-70% масс для жидкого сырья.

Продолжительное время пребывания сырья в зоне реакции способствует протеканию вторичных реакций и глубокому разложению первичных продуктов (до С и ). Поэтому степень конверсии сырья за один проход через реактор ограничивают 50-70%. На промышленных установках время пребывания жидкого сырья в реакционной зоне составляет около 1 сек., а газообразного сырья - менее 1 сек.

Процесс пиролиза проводится в реакторах идеального вытеснения. Реактор идеального вытеснения представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Каждый элемент потока, условно выделенный двумя плоскостями, перпендикулярными оси канала, движется через него как твердый поршень, вытесняя предыдущие элементы потока и не перемешиваясь ни с предыдущими, ни со следующими за ним элементами потока.

В реакторе с постоянной площадью поперечного сечения канала линейная скорость потока Uбудет величиной постоянной, равной отношению объемного расхода V к площади сечения S (U = V/S).

В реальном реакторе можно приблизиться к режиму идеального вытеснения, если длина канала существенно превышает его поперечный размер.

Описание установки и методика проведения работы

Установка состоит и емкости сырья 1, дозатора 2, реактора 3, электропечи 4, сборника жидкого продукта 5, холодильника 6, абсорбера 7, манометра 8, газометра 9, мерного цилиндра 10, газоанализатора 11, хроматографа 12, термопары 14, электромотора дозатора 15, потенциометра 16, автотрансформатора 17, кранов 1к-6к.

Порядок выполнения работы.

Круглодонную или коническую колбу на 150 мл взвешивают вместе с пробкой, затем герметично соединяют с холодильником 6. собирают всю установку по схеме. Снимают зажимы Зк, 4к отрывают кран 7к газометра

(другие краны закрыты) и заливают в газометр из верхнего колокола водопроводную воду до верхней красной метки (тем самым газ из газометра вытесняют в атмосферу). Зажимом Зк закрывают выход в атмосферу и закрывают кран 7к. Проверяют установку на герметичность, для чего пользуясь зажимом 6к

сливают воду (не более 0. 5 л) из газометра до поднятия уровня жидкости в

манометре до красной метки. Установка считается герметичной, если в

манометре в течение 1-2 минут не изменяются уровни жидкости. Далее

заливают в емкость 1 сырье. Открывают кран 1 к, и, отодвигая назад поршень

дозатора 2, засасывают 30 мл сырья, закрывают кран 1к. Подают воду в

холодильники. На потенциометре устанавливают температуру проведения

опыта и включают электрообогрев печи. При достижении в реакторе заданной

температуры (на щите управления зажигается красная лампочка) начинают

подачу сырья: открывают кран 2к и включают электромотор дозатора,

фиксируют время начала опыта.

В системе поддерживают атмосферное давление за счет слива воды из

газометра через зажим 6к в мерный цилиндр. Время начала опыта и отбора

очередного объема воды записывают в рабочий журнал. После подачи в

реактор заданного количества сырья заканчивают опыт: выключают

электрообогрев печи, мотор дозатора и закрывают кран 2к. Через некоторое

время после прекращения поступления пирогаза из реактора, снимают приемник 5 и определяют массу смолы (взвешивают плотно закрыв пробкой).

Аналитическая часть.

Определение качественного и количественного состава пирогаза производят хроматографическим методом.

На хроматографе ЛХМ - 80 определяют полный состав пирогаза (при отборе газа снимают зажим 5к, зажимом 4к отсоединяют газометр от реактора, через кран 7к в газометр поступает вода). После анализа пирогаза из газометра вытесняют газ в атмосферу (сняты зажимы Зк, 4к. хроматограф отсоединен зажимом 5к, через кран 7к поступает вода).

Расчетная часть

1. Массу поданного в реактор сырья рассчитывают но формуле:

где - плотность сырья, г/мл;

V объем сырья, мл.

Плотность керосина при 20 °С =0, 78 г/мл.

G=0, 78*5=3, 9г

Плотность бензина при 20 °С =0, 75 г/мл.

G=0, 75*5=3, 75г

Плотность лигроина при 20 °С =0, 81 г/мл.

G=0, 81*5=4, 05г

2. Расчет содержания отдельных компонентов пирогаза по хроматограмме производят, используя формулу

где - площадь пика, м :

- масштаб записи на хроматографе;

- поправочный коэффициент на теплопроводность 1-го компонента пирогаза;

С-концентрация, % объемн.

2. 1. Площадь пика вычисляют по формуле:

где Н - высота пика, мм;

а - ширина пика на середине высоты, мм.

Анализ хроматограммы

Керосин

№	h, мм	а, мм	М	К	S=haM*K		%	V		m
				2, 36			52, 57	866, 415	0, 71	615, 15
				1, 66			11, 39	187, 935	1, 34	251, 83
				1, 77			25, 13	414, 645	1, 25	518, 5
				1, 3			1, 24	20, 46	1, 96	40, 1
				1, 37	3452, 4		8, 17	134, 8	1, 875	252, 08
							0, 08	1, 32	2, 58	3, 40
							1, 32	21, 78	2, 5	54, 5
							0, 16	2, 64	3, 12	8, 23
						42250, 4				1743, 59

Бензин

№	h, мм	а, мм	М	К	S=haM*K		%	V		m
				2, 33					0, 71	898, 15
				1, 67					1, 34	246, 56
				1, 77					1, 25
				1, 3			1, 5	34, 5	1, 96	67, 93
				1, 37			3, 4		1, 875	301, 8
									2, 58	59, 57
							1, 6	36, 9	2, 5	92, 25
							0, 44	10, 1	3, 125	31, 56
						50942				2447, 81

Лигроин

№	h, мм	а, мм	М	К	S=haM*K	%	V	m