Совершенствование процесса пиролиза с использованием каталитических насадочных устройств

• Автор: Урманцев, Урал Рафаилевич
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 151 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР МЕХАНИЗМОВ И МОДИФИКАЦИЙ ПРОЦЕССОВ РАЗЛОЖЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫ РЬЯ

1.1 Теоретические основы процесса пиролиза

1.1.1 Термический пиролиз

1.1.2 Теория каталитического пиролиза, механизм реакций, влияние поверхности, области протекания реакций

1.2 Обзор методов разложения углеводородного сырья

1.2.1 Подвод тепла через стенку

1.2.2 Процессы с использованием гомогенного теплоносителя

1.2.3 Пиролиз в расплавленных средах

1.2.4 Процессы с использованием твердого теплоносителя

1.2.5 Пиролиз основанный на принципе действия ударной волны
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Термодинамическое обоснование исследуемого процесса
2.2 Методика проведения экспериментов на пилотной установке
2.2.1 Методика проведения эксперимента .
2.3 Методика хроматографического анализа
2.4 Характеристики материалов используемых в исследовании
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕССЫ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
3.1 Термодинамический анализ реакций протекающих при
пиролизе
3.2 Обоснование выбора каталитически активного вещества
и носителя
3.3 Исследование процесса пиролиза на газообразном сырье
3.4 Исследование процесса пиролиза на жидком сырье
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОГО И КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗОВ
4.1 Моделирование кинетики термического пиролиза
4.2 Физическое моделирование каталитического пиролиза
4.3 Расчет кинетических параметров процесса каталитического пиролиза
5. ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ ПИРОЛИЗА
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Хотя скорость вторичных превращений в меньшей степени зависит от температуры, чем первичные, однако такая зависимость существует и характеризуется величинами энергии активации соответствующих реакций. Поэтому выходы продуктов реакций пиролиза углеводородов при различных температурах определяются не только зависимостью глубины превращения исходного вещества от температуры. Характер температурной зависимости выходов продуктов обычно более сложен и, как правило, устанавливается для различных видов сырья экспериментально. Другим важным параметром пиролиза является время пребывания пиролизуемых веществ в зоне реакции, называемое иногда временем контакта. Условной температурой начала реакции в случае углеводородов С5С прямогонный бензин можно считать 0С см. Рис 1. Таким образом, увеличение температуры пиролиза с одновременным соответствующим сокращением времени пребывания способствует достижению более высоких выходов целевых продуктов, в том числе этилена. В результате термического разложения углеводородов получаются различные продукты и в том числе низшие олефины, метан, а также другие алканы меньшей молекулярной массы, чем исходный. При пиролизе пропана наряду с дегидрированием до пропилена происходит расщепление до этилена и метана 6. Аналогично реакциям дегидрирования и расщепления по двум направлениям можно представить разложение нбутана. Согласно расчетам, равновесное дегидрирование алканов С3С4 может пройти до конца при температу ре 00С, а дегидрирование этана лишь при 00С. Реакции расщепления алканов могут завершаться при более низкой температуре, порядка 00С рис. С в молекуле исходного углеводорода, тем более низкой температуре соответствует его полное равновесное расщепление 7,8. Н. С повышением температуры равновесная степень разложения алканов и олефинов по этой реакции возрастает, а ацетилена падает. Поэтому при температуре С ацетилен становится термодинамически более стойким, чем этилен. Стабильность углеводородов к разложению но этому направлению уменьшается с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Практически в условиях пиролиза, т. С и Н, несмотря на его большую равновесную вероятность, осуществляется изза кинетических ограничений в небольшой степени 9. Рис 1. Таким образом, при термическом воздействии на нефтепродукты следует ожидать изменения группового состава углеводородов. Н2тп2 ОтН2ппСпН2п
Примерно до 0К изменение сЮ больше нуля, и, следовательно, расщепление парафинов термодинамически невозможно, а может происходить лишь алкилирование. При более высокой температуре положение меняется на обратное, причем при 0К и выше расщепление является уже практически необратимым процессом . Для олефинов склонность к расщеплению проявляется при более высокой температуре, чем для парафинов. Ю для низших олефинов происходит только при 00К. Это указывает на термодинамическую возможность их полимеризации при термическом и каталитическом пиролизе, но с преобладанием расщепления при более высоких температурах. Известные законы термодинамики позволяют оценить роль давления при термическом расщеплении нефтепродуктов. Повышение давления способствует смещению равновесия в сторону полимеризации олефинов и алкилирования парафинов, поскольку данные реакции протекают с уменьшением объема. В связи с этим высокое давление препятствует глубокому расщеплению сырья и снижает образование углеводородов и особенно олефинов. Очевидно, понижение давления и повышения температуры должны действовать в обратном направлении. ОтпВ2шл Спг Нгт СгФЬп
1. Химизм и механизм катализа при пиролитическом разложении углеводородов до сих пор мало исследованы. При изучении пиролиза метан этановых смесей в присутствии оксидноиндиевого катализатора было доказано, что ингибирующее действие метана проявляется слабее при каталитическом пиролизе, чем при термическом. С2Н62СН3 1. С2НбС2Н5Н 1. Одна и та же концентрация атомарного водорода в присутствии катализатора достигается при более низкой температуре, чем в термическом процессе. Повидимому, это и является главной причиной снижения наблюдаемой энергией активации превращения метана при переходе от термического процесса к каталитическому 0 и кДжмоль соответственно.