|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Описание технологического процесса. При проведении выжига кокса или ремонта данных печей, имеется возможность подачи
Основным сырьем процесса пиролиза является бензин, поступающий на пиролиз в печь F112 со склада ЛВЖ (см. приложение 3). Бензин с давлением 13-14 бар поступает через фильтр в межтрубное пространство теплообменников Е 162 А/В, узла первичного фракционирования, где нагревается до температуры 90-120 0С, за счет тепла закалочного масла, далее нагретый бензин поступает в общий коллектор печей пиролиза F112. Пиролиз бензина проводится в восьмипоточной печи F112. При проведении выжига кокса или ремонта данных печей, имеется возможность подачи этанового сырья, совместно с бензином, на пиролиз в печь F112. Сырье поступает из коллектора через регулирующие клапаны, установленные на каждом потоке, в подогреватель сырья конвективной зоны печи с давлением 4, 0-6, 0 бар – бензин. Пиролиз углеводородного сырья проводится с разбавлением водяным паром для уменьшения коксообразования и достижения максимального содержания в пирогазе целевых продуктов – этилена и пропилена. Разбавление паром для бензина составляет - 50-60 %. Пар разбавления (технологический пар) вырабатывается в парогенераторах Е171 А/В, узла первичного фракционирования, с давлением 8, 0-8, 5 бар и температурой 180 0С, и поступает в перегреватель технологического пара котла-утилизатора, где нагревается до температуры 220-240 0С и далее в коллектор тех. пара печи F112.Пар разбавления поступает в печь F112 из общего коллектора с давлением 7, 0-7, 5 бар и температурой 120 0С, через регулирующие клапаны, в подогреватель технологического пара конвективной зоны печи.Так же технологический пар подается в сырьевые змеевики перед входом в конвекцию(в период пуска, останова печи), под клин пирогазовой арматуры, перед и после ППК, в линию продувки сырья и закалочного масла, на отборы давления печи, в линию прожига. Далее сырье и тех. пар смешиваются и поступают в высокотемпературный подогреватель конвективной зоны печи. Пирогаз выходит из печи F112 двумя потоками с температурой 845-855 0С и давлением 0, 4-0, 9 бар. Так как на данном этапе первичные реакции разложения углеводородов являются обратимыми, то для того, чтобы сохранить максимальный процент содержания в пирогазе целевых продуктов – этилена и пропилена, схемой предусмотрено резкое охлаждение пирогаза в закалочно-испарительных аппаратах (ЗИА) Е112 А/В печеи F112 до температуры 370-470 0С с получением насыщенного пара высокого давления. Пирогаз проходящий по трубкам ЗИА, нагревает питательную воду, поступающую из барабана печи в межтрубное пространство нижней части ЗИА. На печь F112 питательная вода поступает с нагнетания насосов Р831 А-С с давлением 155-165 бар и температурой 130 0С, так как данные печи имеют собственный подогреватель питательной воды, после которого подогретая до 220-230 0С вода поступает в барабаны этих печей D12. Для удаления растворенных в питательной воде солей, предусмотрена постоянная продувка (шламование) из барабанов печей F112. В процессе удаления шлама, происходит отвод питательной воды из верхнего слоя уровня барабана печи, где, при получении пара, образуется наибольшая концентрация солей. Количество отводимой воды регулируется специальным вентилем (реактоматом), затем собирается в общий коллектор печей F112, и далее поступает в емкость D829 узла утилизации тепла дымовых газов. Из барабана D12 печи F112 насыщенный пар поступает в пароперегреватель этих печей, после чего с давлением 110-115 бар и температурой 510-515 0С поступает в общий коллектор перегретого пара после котла F8001. Дальнейшая дозакалка пирогаза происходит за счет впрыска закалочного масла, поступающего после теплообменников Е164 А/В, узла первичного фракционирования, с температурой 120 0С, в линию пирогаза после ЗИА. Охлажденный до 200 0С пирогаз, собирается в общий коллектор печи F112 и поступает в колонну Т141 узла первичного фракционирования. Для обогрева, печи пиролиза F112 снабжены настенными газовыми горелками. Печь F112 – 72 горелки. Горелки расположенные по фронтальным стенам радиантной зоны печи нагревают, за счет беспламенного горения, внутреннюю поверхность печи, от которой тепло излучением передается к змеевику. Печь F112 снабжена собственным дымососом и общей дымовой трубой. Дымовые газы печи F112 проходя конвективную зону и подогревая сырье, тех. пар, питательную воду, пар высокого давления, отводятся через дымовую трубу в атмосферу с температурой 150-220 0С. Для контроля за содержанием О2 в дымовых газах печи F112 имеются анализаторы кислорода AI 1361.Включение и выключение анализаторов кислорода производится блокировками TIS 1261-1361. Основным топливом для работы горелок печей является природный газ, метан и водород, поступающие в топливную сеть производства из процесса газоразделения. Для выжига кокса из пирозмеевиков и закалочно-испарительных аппаратов печи F112 предусмотрена установка поворотного колена, соединяющего линию подачи воздуха с линией подачи сырья в печь F 112. При проведении выжига кокса, в сырьевой коллектор подается паровоздушная смесь. Газы раскоксования печи F112 направляются в общий коллектор, затем в коксоуловитель Д112 и далее в дымовую трубу Д 801. На печи F112 имеется возможность сброса газов раскоксования в свою дымовую трубу. [19] Материальный баланс
Основой расчетов химико-технологических процессов являются материальные и тепловые балансы. К расчетам материального баланса следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Материальный баланс может быть представлен уравнением, левую часть которого составляет масса всех видов сырья и материалов поступающих на переработку S Gисход, а правую - масса получаемых продуктов S Gкон плюс производственные потери Gпот S G исход = S G кон + G пот
Годовой фонд времени при 365 календарных днях составляет 8760 часов. Принимаем, что установка работает 8 462 часа в году. 298 часов - на остановочный ремонт. При мощности установки 110 тыс. т/год, часовая производительность установки составит 110 000: 8 462 = 13 т/час. Расчет Расчет ведем по печи пиролиза производительностью 13 000 кг/час (приложение 1), сырьем для которой является прямогонный бензин. Для уменьшения парциального давления и коксообразования бензин смешивают с водяным паром в соотношении 60%: 40%, соответственно. Рассчитываем необходимое количество водяного пара:
13 000 (бензина) кг/час – 60% х (водяного пара) кг/час – 40% х= 13 000 ∙ 40/ 60 = 8 666, 80 = 8 667 кг/час Рассчитываем исходную смесь бензина с паром:
13 000 кг + 8 667 кг = 21 667 кг/час
Состав исходного сырья: бензина с водяным паром сведем в табл. 18.
Состав исходного сырья с водяным паром Таблица 18
В результате пиролиза бензина образуется пирогаз. Объем компонентов пирогаза рассчитываем с помощью пропорции: Объем получаемого водорода:
21 667, 00 кг – 100% х - 0, 71% х = 0.71 ∙ 21 667, 00/100=153, 84 кг/час
Объем получаемого оксида углерода:
21 667, 00 кг – 100% х - 0.05% х = 0.05 ∙ 21 667, 00/100=10, 84 кг/час
По такому же принципу рассчитываем остальные компоненты пирогаза и сводим в табл. 19 Состав пирогаза Таблица 19
Технологические потери берем из масляного потока и принимаем равные 0, 5%, т.е. 108, 33 кг/час. Следовательно, пересчитываем массовые проценты по пирогазу:
21 667, 00 – 108, 33= 21 558, 67 кг/час Рассчитываем процент массовый объема водорода в пирогазе:
21 450, 33 кг – 100% 153, 84 - х х = 153, 84 ∙ 100/21 450, 33= 0, 72%
Результаты подсчетов материального баланса сведем в табл.21 материального баланса: как по массе исходных веществ и продуктов реакции в целом, так и по углеводородному составу, но уже учитывая масло для нагрева бензина в теплообменнике и воду для закалки в ЗИА.
Материальный баланс печи пиролиза Таблица 21 Приход |
Расход | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Статья баланса |
Кг/час | % | Статья баланса | кг/час | % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Смесь бензина с водяным паром, в том числе: | 21 667, 00 | 25, 00 | 1. Пирогаз всего, в том числе: | 21 667, 00 | 25, 00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| - бензол | 598, 01 | 0, 69 | Н2 | 153, 84 | 0, 18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| - циклогексан | 4 064, 73 | 4, 69 | СО | 10, 83 | 0, 02 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| - гексан | 8 337, 46 | 9, 62 | СО2 | 2, 17 | 0, 01 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| - водяной пар | 8 666, 80 | 10, 00 | Н2S | 2, 17 | 0, 01 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| CH4 | 2 489, 54 | 2, 87 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C2H2 | 101, 83 | 0, 11 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C2H4 | 4 606, 40 | 5, 31 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C2H6 | 452, 84 | 0, 52 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C3H4 | 153, 84 | 0, 17 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C3H6 | 1 854, 70 | 2, 13 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C3H8 | 49, 83 | 0, 06 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C4H4 | 28, 17 | 0, 03 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C4H6 | 634, 84 | 0, 73 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C4H8 | 448, 51 | 0, 52 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| C4H10 | 45, 50 | 0, 05 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| бензол | 1 167, 85 | 1, 35 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| толуол | 650, 00 | 0, 75 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| Ксилол | 229, 67 | 0, 27 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| С5 | 446, 34 | 0, 52 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| С6 | 99, 67 | 0, 12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| С7 | 15, 17 | 0, 02 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| С8 | 2, 17 | 0, 01 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| С9 | 138, 67 | 0, 16 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| С10 | 62, 83 | 0, 07 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| Масло | 708, 52 | 0, 82 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Вода | 7 002, 77 | 8, 08 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Технологические потери: | 108, 33 | 0, 13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Масло для предварительногонагрева сырья | 40 678, 71 | 46, 93 | 2. Масло после предварительногонагрева сырья | 40 678, 71 | 46, 93 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Вода для закалки пирогаза | 24 341, 46 | 28, 07 | 3. Вода после закалки пирогаза | 24 341, 46 | 28, 07 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Итого: | 86 687, 17 | 100, 00 | Итого: | 86 687, 17 | 100, 00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловой баланс
В основе уравнения теплового баланса любого процесса или аппарата лежит закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты ( Σ Q 1 ), поступающей в данный процесс, если в последнем нет превращение ее в другой вид энергии, равно количеству теплоты, выделяющейся в процессе ( Σ Q 2 ).
Σ Q 1 = Σ Q 2
Σ Q 1 - Σ Q 2 = 0 [2]
При сопоставлении теплового баланса необходимо учитывать:
1. теплоту, которую несут с собой входящие и выходящие продукты;
2. теплоту, образующуюся за счет физических и химических превращений, если таковы имеют место в данном процессе;
3. теплоту, теряемую аппаратом в окружающую среду.
В уравнение теплового баланса входят главным образом следующие величины:
В приход:
а) теплота ( Q 1 ) входящих в аппарат продуктов;
б) теплота ( Q 2 ) физических и химических превращений;
в) теплота ( Q 3 ), вносимая за счет посторонних продуктов, не принимающих непосредственного участия в процессе (подогрев извне).
В расход:
г) теплота ( Q 4 ) выходящих из аппарата продуктов;
д) потери тепла ( Q 5 ) в окружающую среду.
Таким образом, уравнение теплового баланса примет вид:
Q 1 + Q 2 + Q 3 = Q 4 + Q 5, [2]
где
Q 1 – теплота входящих в аппарат продуктов;
Q 2 – теплота химических и физических превращений, протекающих в данном процессе;
Q 3 – теплота, подающаяся к аппарату извне через его стенки продуктами, непринимает непосредственного участия в процессе;
Q 4 – теплота уходящих из аппарата продуктов;
Q 5 – тепловые потери в окружающую среду.
Расчет
В печь пиролиза входят следующие тепловые потоки: бензина, водяного пара, природного газа, воздуха. Из печи выходят тепловые потоки пирогаза и дымовых газов. См. схему тепловых потоков. Приложение №2.
По справочным данным определяем удельные теплоемкости компонентов и сводим их в табл. 22 [2, 4, 7, 8]:
Удельные теплоемкости компонентов
Таблица 22
Компонент
Удельная теплоемкость, кДж/кг∙ град
Н2
14, 3
СО
1, 05
СО2
0, 838
Н2S
1, 06
CH4
2, 23
C2H2
1, 68
C2H4
1, 53
C2H6
1, 73
C3H4
1, 64
C3H6
1, 64
C3H8
1, 87
C4H4
2, 16
C4H6
2, 16
C4H8
2, 27
C4H10
1, 98
бензол
1, 70
толуол
1, 71
ксилол
1, 70
С5
2, 27
С6
2, 22
Циклогексан
2, 16
С7
2, 15
С8
2, 03
С9
2, 17
С10
2, 17
Масло
1, 67
Вода
1, 80
Топливный газ
1, 87
Воздух
1, 005
Дымовые газы
1, 424
Рассчитываем теплоту, входящих в аппарат компонентов по формуле:
Q1= t∙ (m1c1+m2c2+…+mncn) [2]
где:
Q1 – теплота, входящих в аппарат продуктов, кДж/час;
t – температура продуктов, водящих в процесс, º С;
m – количество продукта, входящего в процесс, кг;
c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙ град.
Рассчитываем Q1, входящих в аппарат продуктов:
Q1 бензина = 120 ∙ (598, 01 ∙ 1, 70+4 064, 73∙ 2, 16+8 337, 46∙ 2, 22)= 3 396 672, 00 кДж/час
Q1 вод.пара = 120 ∙ (8 666, 80 ∙ 1, 80)= 1 872 028, 80 кДж/час
На горелки печи пиролиза поступает топливный газ со скоростью подачи– 1440 м3/час. [Мухина]. Состав топливного газа приведен в табл. 23
Состав топливного газа
Таблица 23
| Компоненты | % мас | м3/час |
| С2Н6 | 4, 00 | 57, 6 |
| С3Н8 | 93, 00 | 1339, 2 |
| С4Н10 | 3, 00 | 43, 2 |
| Итого: | 100, 00 | 1440, 00 |
Отсюда:
Q1 топл.газа = 60 ∙ (57, 6∙ 1, 73+1339, 2∙ 1, 87+43, 2∙ 1, 92) = 161 213, 4 кДж/час
Для сгорания топливного газа необходима подача воздуха (кислорода воздуха).
Рассчитываем необходимое количество кислорода:
V=1440 V=x
С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4 Н2О
M=0, 0224 M=5∙ 0, 0224=0, 112
x= 1440 ∙ 0, 112/0, 0224 = 7 200 м3/час
Следовательно, необходимое количество воздуха:
21% - 7 200 м3/час
100% - х м3/час
х=7 200 ∙ 100/ 21 = 34 285, 71 м3/час
Рассчитываем Q1 воздуха:
Q1 воздуха = 25 ∙ 34 285, 71 ∙ 1, 005 = 861 428, 46 кДж/час
Рассчитываем теплоту, выводимую из аппарата с продуктами по формуле:
Q4= t∙ (m1c1+m2c2+…+mncn) (Бесков)
где: Q4 – теплота, выходящих из аппарата с продуктами, кДж/час;
t – температура продуктов, выходящих из аппарата, º С;
m – количество продукта, выходящего из аппарата, кг;
c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙ град.
Рассчитываем Q4 пирогаза:
Q4 пирогаза = 850 ∙ (153, 84∙ 14, 3 + 10, 83 ∙ 1, 05 + 2, 17 ∙ 0, 838 + 2, 17 ∙ 1, 060 + 2 489, 54 ∙ 2, 23 + 101, 83 ∙ 1, 68 + 4 606, 40 ∙ 1, 53 + 452, 84 ∙ 1, 73 + 153, 84 ∙ 1, 64 + 1 854, 70 ∙ 2, 16 + 78, 00 ∙ 1, 87 + 634, 84 ∙ 2, 16 + 448, 51 ∙ 2, 27 + 45, 50 ∙ 1, 92 + 1 167, 85 ∙ 1, 70 + 650, 00 ∙ 1, 71 + 229, 67 ∙ 1, 70 + 446, 34 ∙ 2, 27 + 99, 67 ∙ 2, 10 + 15, 17 ∙ 2, 15 + 2, 17 ∙ 2, 03 + 138, 67 ∙ 2, 17 + 62, 83 ∙ 2, 17 + 708, 52 ∙ 1, 67 + 7 002, 77 ∙ 1, 8) = 35 379 278, 00 кДж/час
Объем дымовых газов, образующихся в процессе пиролиза, рассчитываем по формуле:
Vt = V0 ∙ (t+273/273) (Скобло, 511)
Vt – объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при теоретическом расходе воздуха при н.у., м3/кг;
V0 – теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, м3
t – температура дымовых газов
Рассчитываем теплоту сгорания топлива:
Теплота сгорания топливного газа – 2 233 000 кДж/кмоль [2, 483]
Объем топливного газа: для расчета объема газа воспользуемся формулой:
V = V топл.газа/М = 1 440 000л/час: 22, 4 л/моль = 64 285, 71 моль/час = 64, 29 кмоль/час
Теплота сгорания топливного газа для процесса пиролиза:
Qсгор.топл. = 64, 29 ∙ 2 223 000 = 134 479 250, 40 кДж/час
Согласно справочным данным [7, 207] тепловой эффект процесса пиролиза в стандартных условиях – 6133 кДж/кг.
Находим теплоту химических превращений:
Q2 = Gq, [12, 103]
где: Q2 – тепловая нагрузка печи, кДж/час;
G – производительность печи по сырью, кг/час;
q – тепловой эффект процесса пиролиза, кДж/кг.
Q2 = 13 000 ∙ 6133 = 79 729 000 кДж/час = 22 147 Вт/час
Тепловые потери не должны превышать 3-5% от общей тепловой нагрузки. Выбираем 3%. Отсюда: 220 499 593, 06·3/100=6 614 987, 79 кДж/час
Результаты подсчётов теплового баланса сведем в таблицу 24
Тепловой баланс процесса пиролиза
Таблица 24
|
Приход |
Расход |
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-02-16; Просмотров: 79; Нарушение авторского права страницы