Газофазный окислительный крекинг тяжелых компонентов углеводородных газов

• Автор: Магомедов, Рустам Нухкадиевич
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Окислительный пиролиз метана

1.2. Окислительный крекинг алканов Сг-Св

1.2.1. Влияние небольших добавок кислорода

1.2.2. Кинетические особенности протекания газофазного процесса в присутствии кислорода

1.2.3. Влияние кислорода на организацию и показатели процесса пиролиза

1.2.4. Окислительный крекинг в присутствии катализатора

1.3. Анализ литературы и постановка задачи исследования

Глава 2. Методика проведения экспериментов
2.1. Описание лабораторной установки
2.2. Анализ состава газа
2.3. Расчет основных показателей процесса
Глава 3. Окислительный крекинг этана
3.1. Влияние концентрации кислорода в исходной смеси на конверсию реагентов
3.2. Влияние температуры на распределение продуктов процесса
3.3. Влияние времени пребывания на распределение продуктов процесса
3.4. Влияние концентрации кислорода на распределение продуктов процесса
3.5. Влияние концентрации этана на процесс
3.6. Влияние природы газовой среды на процесс
3.7. Влияние поверхности кварцевого реактора
3.8. Выводы по результатам главы
Глава 4. Кинетические закономерности окислительного крекинга н-алканов С3-С
4.1. Окислительный крекинг пропана
4.1.1. Влияние концентрации кислорода в исходной смеси на конверсию реагентов
4.1.2. Влияние температуры на распределение продуктов процесса
4.1.3. Влияние времени пребывания на распределение продуктов процесса
4.1.4. Влияние концентрации кислорода на распределение продуктов процесса
4.1.5. Влияние метана на окислительный крекинг пропана
4.2. Окислительный крекинг н-бутана
4.2.1. Влияние концентрации кислорода в исходной смеси на конверсию реагентов
4.2.2. Влияние температуры на распределение продуктов окислительного крекинга н-бутана
4.2.3. Влияние времени пребывания на распределение продуктов окислительного крекинга н-бутана
4.2.4. Влияние концентрации кислорода на распределение продуктов окислительного крекинга н-бутана
4.2.5. Влияние метана на окислительный крекинг н-бутана
4.3. Окислительный крекинг н-пснтана
4.3.1. Влияние концентрации кислорода в исходной смеси на конверсию реагентов
4.3.2. Влияние температуры на распределение продуктов окислительного крекинга н-пентана
4.3.3. Влияние времени пребывания на распределение продуктов окислительного крекинга н-пентана
4.3.4. Влияние концентрации кислорода на распределение продуктов окислительного крекинга н-пентана
4.3.5. Влияние метана на окислительный крекинг н-пентана
4.4. Сопоставление закономерностей окислительного крекинга в ряду н-алканов С2-С
4.5. Окислительный крекинг смесей н-алканов
4.6. Выводы по результатам главы
Глава 5. Подготовка углеводородных газов для использования в качестве топлива для энергоустановок методом окислительного крекинга тяжелых компонентов газа
5.1. Проблемы переработки и утилизации попутного нефтяного газа
5.2. Использование попутного нефтяного газа в качестве топлива для выработки тепловой и электрической энергии
5.3. Оптимальные условия окислительного крекинга применительно к задаче подготовки топливного газа для энергоустановок
5.4. Конструкция пилотного реактора и схема демонстрационной установки
5.5. Результаты пилотных испытаний
Заключение
Список литературы
Приложение А. Протокол совещания по результатам демонстрационных испытаний

Введение
Термический пиролиз, а также каталитические крекинг и дегидрирование являются базовыми процессами нефтехимии. Однако большое потребление энергии для проведения эндотермических реакции и необходимость регенерации катализатора стимулируют интенсивный поиск более эффективных альтернативных процессов получения олефинов. Быстрый рост доступных мировых ресурсов «нетрадиционного» природного газа и вызванное этим снижение цен на газ по сравнению с ценой на нефть делает природный газ очень привлекательным нефтехимическим сырьем [1; 2]. В мировой практике наблюдается заметная тенденция увеличения доли газового сырья в структуре сырьевой базы производства низших олефннов [3]. При этом использование в качестве сырья легких алканов, которые более стабильны и менее реакцнонноспособны, чем жидкие углеводороды, требует для проведения пиролиза более высоких температур и, как следствие, более интенсивных тепловых потоков. Поскольку неполное (парциальное) окисление углеводородного сырья является наиболее эффективным способом подвода энергии для проведения процесса, в последнее время все больше внимания уделяется окислительной конверсии легких алканов в ценные химические продукты [4; 5].
При термическом дегидрировании н-алканов константа равновесия реакции образования соответствующего олефина и водорода быстро падает с уменьшением числа углеродных атомов в молекуле, а температура, необходимая для достижения одинаковой конверсии алкана, соответственно, возрастает [6]. При этом с увеличением температуры ускоряются побочные реакции, образование кокса и дезактивация катализатора [6]. В свою очередь при окислительном дегидрировании добавление кислорода позволяет устранить термодинамические ограничения на конверсию алкана за счет образования воды, а также избежать проблем, связанных с дезактивацией катализатора [6]. Однако в случае оксидегидрирования увеличение конверсии сопровождается снижением селективности образования олефина за счет протекания реакций глубокого окисления с образованием СОх, а также реакций крекинга при высоких температурах (>600°С), что не позволяет добиться выхода пропилена и более тяжелых олефинов сопоставимого с выходом при термическом дегидрировании. Поэтому разработка катализаторов, сочетающих высокую активность и селективность при оксидегндрнрованин н-алканов Сз+, остается одной из главных задач в этой области [5; 6].
На сегодняшний день возможную перспективу промышленному процессу пиролиза представляет окислительный крекинг легких алканов при малых временах контакта (до 40 мсек) с высокоактивным катализатором, разогревающимся за счет протекания реакций

Глава 2. Методика проведения экспериментов
2.1. Описание лабораторной установки
Эксперименты по изучению кинетических закономерностей окислительного крекинга легких алканов проводили на лабораторной установке проточного типа, схема которой представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1. Схема лабораторной установки. 1 - кварцевый реактор; 2 - баллон со смесью газов; 3 — редуктор; 4 - регулятор расхода газа; 5 - образцовый манометр; 6, 7, 8 - вентиль; 9-обогреваемая линия; 10 - пятиканальный регулятор температуры; 11 - термопара типа КТХА; 12-трехзонная термопара типа КТХА; 13 - испаритель; 14-перистальтический насос;
газовый счетчик
Для проведения процесса был использован кварцевый реактор (1) с внутренним диаметром 14 мм и длиной 350 мм. Нагрев реактора осуществлялся с помощью трех независимых электронагревателей, что позволяло поддерживать достаточно равномерный