Оптимизация технологии пиролиза углеводородного сырья

ВВЕДЕНИЕ..……………………………………………………….. 5
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………….. 6
1.1. Основные виды сырья, применяемые в процессе пиролиза……... 6
Патентный поиск и литературный обзор в области использования технологии пиролиза углеводородного сырья………………..
8
1.2.1 Промышленные способы производства углеводородного сырья пиролизом……………………………………………………………
8
1.2.2 Каталитический пиролиз углеводородного сырья……………….. 9
1.2.3 Побочные продукт пиролиза углеводородного сырья…………… 14
1.2.4 Механизм каталитического пиролиза……………………………... 22
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ...…………………………………. 29
2.1
Выбор и обоснование технологии пиролиза углеводородного сырья…………………………………………………………………
29
2.2 Описание технологии пиролиза углеводородного сырья………... 30
2.3 Результаты исследований и их обработка………………………… 34
2.3.1 Полифосфатные катализаторы…………………………………….. 34
2.3.2 Высокодисперсные катализаторы…...…………………………….. 38
2.4.3 Наноструктурные катализаторы ………………………………….. 46
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 52
3.1 Исходные данные 52
3.2 Состав сырья и продуктов пиролиза 53
3.3 Расчет процесса горения 57
3.4 Конечная температура реакции 61
3.5 Тепловая нагрузка печи, ее КПД и расход топлива 61
3.6 Поверхность нагрева реакционного змеевика 65
3.7 Время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике. 66
Заключение………………………………………………………….. 68
Список использованных источников……………………………… 69

Весь текст будет доступен после покупки

Пиролиз углеводородного сырья — процесс, широко применяемый в нефтехимической промышленности для получения углеводородов. Этот процесс представляет собой термическое разложение органических соединений при отсутствии кислорода. При этом образуются олефины, ароматические соединения, водород и сажа. Пиролиз легких углеводородов: этан, пропан и бутан, особенно важен из-за их большого количества и низкой стоимости, что делает их привлекательным сырьем для производства различных низкомолекулярных ненасыщенных углеводородов.
Процесс пиролиза можно улучшить и оптимизировать с помощью катализаторов, которые могут повысить селективность, выход и эффективность процесса. Катализаторы могут снизить потребление энергии и увеличить скорость превращения углеводородов, что приводит к более высокому выходу желаемых продуктов и снижению выбросов загрязняющих веществ.
Использование катализаторов в пиролизе широко изучалось в течение последних десятилетий и различные типы катализаторов (цеолиты, металлы и оксиды металлов), исследовались на предмет их эффективности в процессе пиролиза.
Целью работы является исследование оптимальных каталитических систем процесса пиролиза углеводородного сырья.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Основные виды сырья, применяемые в процессе пиролиза углеводородного сырья
Природный газ является одним из основных видов сырья, используемого в процессе пиролиза углеводородного сырья. Он представляет собой смесь углеводородов, в основном метана, с меньшими количествами этана, пропана и бутана. В процессе пиролиза природного газа получаются ценные продукты, такие как водород, сажа и различные алкены, такие как этилен и пропилен. Доступность природного газа делает его благоприятным сырьем для пиролиза. В странах со значительными запасами природный газ широко доступен и относительно недорог, что делает его лучшим выбором для производства топлива и различных веществ с помощью процесса пиролиза. Еще одним преимуществом природного газа является его высокая чистота и низкое содержание серы, что облегчает его переработку и делает его менее вредным для окружающей среды. Низкое содержание серы в природном газе снижает выбросы двуокиси серы, основной источник кислотных дождей и респираторных заболеваний [9]. Высокая чистота природного газа также снижает потребность в дорогостоящих и сложных стадиях очистки сырья перед пиролизом.
Водород является важным сырьем для производства аммиака, метанола и других химикатов, а технический углерод используется в качестве армирующего агента в шинах, резиновых изделиях и пластмассах. Этилен и пропилен являются строительными блоками многих химических веществ и материалов, включая пластмассы, синтетические волокна и растворители. Однако природный газ как сырье для процесса имеет и некоторые недостатки. Одной из основных проблем пиролиза природного газа является его низкая реакционная способность, которая требует высоких температур и длительного времени реакции для достижения высокой конверсии. Это может привести к высокому потреблению энергии и затратам на производство. Кроме того, при пиролизе природного газа может также образовываться двуокись углерода, являющаяся одной из причин изменения климата [9]. В то время как природный газ считается более чистым топливом по сравнению с углем и нефтью, производство водорода и олефинов посредством пиролиза по-прежнему приводит к образованию значительных количеств углекислого газа. Поэтому разработка более эффективных и экологически чистых технологий пиролиза имеет важное значение для уменьшения углеродного следа процессов на основе природного газа.
Бензиновые фракции обычно используются в качестве сырья для пиролиза. Эти фракции содержат до 200 компонентов, при этом около 95% из них идентифицируемы. Групповой состав углеводородов обычно используется для характеристики фракций. Данные, полученные в результате экспериментов по пиролизу отдельных углеводородов, таких как нормальные и изоалканы, нафтены и алкилароматические углеводороды, позволили выявить основные корреляции между составом продуктов разложения и структурой исходных углеводородов. Структура исходного углеводорода играет значительную роль в определении выхода определенных продуктов, таких как этилен и пропилен. Ароматические углеводороды чаще образуются из изоструктурных алканов, особенно с более высокой разветвленностью. Выход ароматических соединений также зависит от содержания углеводородов в сырье.
Помимо бензиновых фракций, в качестве сырья для пиролиза могут использоваться и тяжелые нефтяные фракции. Эти фракции имеют более высокую температуру кипения и содержат больше сложных углеводородов по сравнению с бензиновыми фракциями. Групповой углеводородный и компонентный состав тяжелых фракций нефти может варьироваться в широких пределах в зависимости от источника нефти. Пиролиз тяжелых нефтяных фракций может производить ряд продуктов, включая газы, жидкости и твердые вещества. Выход и состав этих продуктов зависят от различных факторов: температуры, продолжительности пиролиза и состава сырья. При пиролизе тяжелых нефтяных фракций образуются кокс и сажа, которые имеют промышленное применение. Однако использование тяжелых нефтяных фракций в качестве сырья может потребовать более совершенных технологий переработки по сравнению с бензиновыми фракциями [15].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Nawaz, Z. Study of Propane Dehydrogenation to Propylene in an in-tegrated Fluidized Bed Reactor using Pt-Sn/Al-SAPO-34 novel catalyst / Z. Nawaz,
Y. Chu, W. Yang, X. Tang, Y. Wang, F. Wei // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2010. – V. 49. – P. 4614-4619.
2. Ballarini, A.D. Use of Al2O3-SnO2 as a support of Pt for selective de-hydrogenation of light paraffins / A.D. Ballarini, C.G. Ricci, S.R. de Miguel, O.A. Scelza // Catalysis Today. – 2008. – V. 133-135. – № 1-4. – P. 28-34.
3. Nawaz, Z. Dehydrogenation of C3-C4 paraffin's to corresponding ole-fins over slit-SAPO-34 supported Pt-Sn-based novel catalyst / Z. Nawaz, F. Baksh, J. Zhu, F. Wei // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. – 2013. – V. 19. – № 2. – P. 540-546.
4. Nawaz, Z. Light alkane oxidative dehydrogenation to light olefins over platinum- based SAPO-34 zeolite-supported catalyst / Z. Nawaz, F. Wei // In-dustrial and Engineering Chemistry Research. – 2013. – V. 19. – № 2. – P. 346-352.
5. Okada, Y. Isobutane dehydrogenation over unimodal porous catalyst. Part 1. Effect of pore distribution of Sn-Pt/ZnO/Al2O3 catalyst on dehydro-genation, activity, selectivity, and deactivation rate / Y. Okada, K. Imagawa, S. Asaoka // Sekiyu Gakkaishi (Journal of the Japan Petroleum Institute). – 2001. – V. 44. – № 5. – P. 277-285.
6. Allen, K.E. Alkane dehydrogenation by C-H activation at irid-ium(III)/K.E. Allen, D.M. Heinekey, A.S. Goldman, K.I. Goldberg // Organo-metallics. – 2013. – V. 32. – № 6. – P. 1579-1582.
7. Rodriguez, P. Alkane dehydrogenation by sequential, double CH bond activation by TpBr3Ir(C2H4)2 (TpBr3 = hydrotris(3,4,5-tribromo) pyra-zolylborate)/P. Rodriguez, M.M. Diaz Requejo, T.R. Belderain, S. Tro-fimenko, M.C. Nicasio, P.J. Perez // Organometallics. – 2004. – V. 23. – № 9. – P. 2162-2167.

Весь текст будет доступен после покупки