Складання матеріального та енергетичного балансів

Основою матеріального балансу є закон збереження маси речовини і стехеометричні співвідношення.

Матеріальний баланс може бути представлений рівнянням;

Gвх. = Gвих. + Gпотер.

Матеріальний баланс звичайно складають на одиницю маси основного продукту в одиницю часу (кг/год, т/пора, тис.т/рік і т.п.) чи в молях. Для процесів без зміни обсягу, що протікають тільки в газовій фазі, можливе залишення балансу в кубічних м.

Теоретичний матеріальний баланс розраховується на основі стехеометричного рівняння реакції.

Практичний матеріальний баланс враховує з'єднання вихідної сировини, готової продукції, надлишок одного з компонентів сировини, ступінь перетворення, утрати сировини і готового продукту і т.д.

Тепловий (енергетичний) баланс складається на основі закону збереження енергії і матеріальних розрахунків:

Qприх. = Qрасх. + Qпотер.

Тепловий баланс дозволяє визначити потреба в тепло- чи хладоносієм, величину теплообмінних поверхонь. Тепловий баланс враховує кількості теплоти внесене й винесино з апарата, теплоту фізичних процесів (розчинення, абсорбція і т.д.), теплоту хімічних, перетворень (екзо- і ендотермічні реакції), кількість теплоти яка підводиться чи відводиться з апарата (з димовими газами, пером, холодильниками усередині апарата і т.д.), утрати тепла в навколишне середовище.

Сумарна теплота фізичних процесів (конденсація, випар, розчинення й ін.) визначається з урахуванням теплоти фазових переходів:

Тепловий ефект реакції дорівнює сумі теплот утворення вихідних речовин за винятком суми теплот утворення продуктів реакції;

ΔН = (Δ Нобр.) исх. - (Δ Нобр.) прод.

Видаткові коефіцієнти характеризують витрата різних видів сировини, води, палива, пари, електроенергії, холоду на одиницю вироблюваної продукції.

Процеси переробки нафти. Установки ЭЛОУ-АТ (ЭЛОУ-АВТ) складаються з 2-3 блоків:

· Знесолювання;

· Атмосферна перегонка (AT);

· Вакуумна перегонка мазуту (ВТ).

Продукти переробки нафти. Вуглеводневиый газ - виводиться у виді газу і голівки стабілізації; використовується у виді палива.

Бензинова фракція (30-180⁰С): компонент товарного бензину, сировина для каталітичного риформинга, вторинної перегонки, пиролизных установок.

Гасова фракція (120-315⁰С): паливо для реактивних і тракторних карбюраторних двигунів, сировина установок гідроочищення; для освітлювальних цілей.

Дизельна фракція - атмосферний газоойль (180—350⁰С): паливо для дизельних двигунів і сировина установок гідроочищення.

Мазут-залишок атмосферної перегонки (>350⁰С): казанове паливо, сировина термічного крекінгу.

Вакуумний вакуумний-дистилят-вакуумний газойль (350-500 ⁰С): сировина каталітичного крекінгу, сировина гідрокрекінгу;

Гудрон-залишок АВТ (>500⁰С): сировина термічного крекінгу, коксування, виробництва бітуму й олій.

Установки неглибокої переробки нафти працюють по паливному варіанті (основні напрямки - збільшення добору світлих нафтопродуктів і підвищення їхньої якості).

Установки глибокої переробки нафти забезпечують одержання сировини для процесів органічного синтезу в результаті термо- і каталітичних процесів.

Вторинна перегонка бензину (.до -180⁰С) на фракції:

нк-620С - компонент автбензина і сировина установки ізомеризації та каталітичного риформингу:

· 62 - 85⁰С -для одержання бензолу;

· 85-105⁰С - " - толуолу;

· 105-140⁰С - " - ксилолів;

· 140—180⁰С - компонент товарного бензину й авіагасу; сировина каталітичного риформинга, що працює в режимі одержання високооктанового бензину; сировина установок гідроочищення гасу.

Виробництво нижчих парафінів.

Характеристика нижчих парафінів [1].

Фізичний стан	Найменування	Формула	Температура
Конден-сації	критична
Гази	Метан	СН4	-161,6	82,1
Этан	С2Н6	-88,6	32,3
Пропан	С3Н8	-42,1	152,1
Бутан	С4Н10	-0,5	96,8
Изобутан	i-С4Н10	-11,7	134,5
Низкокиплячі рідини	Изопентан	С5Н12	27,8

 

Нижчі парафіни погано розчинні у воді і полярних рідинах. Вибухонебезпечні. Границі взрываемости 1,3-15% (виробництва відносяться до категорії «А»). Слабкі наркотики. Зі збільшенням атомів вуглецю зростає здатність абсорбуватися й адсорбироваться.

Основні кількості нижчіх парафінів міститися в газах:

Випадний нафтовий газ – газоподібні вуглеводні, що супроводжують сиру нафту. В умовах пластового тиску газ розкритий у нафті (>1200м = Р >10 МПа). Його відокремлюють від нафти в сепараторах (траппах). Для більш повного витягу газоподібних углевородов нафту піддають фізичної стабілізації. Гази стабілізації містять в основному вуглеводні З1-З5 і представляють коштовна сировина для переробки в різні продукти О⁰С.

З'єднання газів стабілізації: бутан = 30-40%; пентан = 15-25%; пропан = 20-30%; этан = 5-15%;

Залишковий зміст метану в стабілізованому газі 1-5% (у той час як у вихідних газах): природному = 70-97,5; попутне = 75-95%; газоконденсате = 35-90%. Поділ випадного газу проводять на газофракционных установках (ГФУ) при тиску Р=2,4 МПа і зниженій температурі.

Ізомеризація - додаткове джерело одержання ізобутану і ізопентана, що є сировиною для виробництва мономерів СК - ізобутілену й ізопрену.

Каталізатори: хлорид алюмінію в присутності хлориду водню; метали платинової групи на носіях кислотного типу (оксид алюмінію, алюмосилікат, цеоліт). Mеханизм ізомеризації - іонний, через проміжне утворення карбокатионов:

1. Утворення олефнна внаслідок чи крекінгу дегидрирования;

2. Утворення з олефина на активних центрах каталізатора, що відіграють роль донорів протона, карбокатионов:

<="" p="" style="margin-top: 0pt; margin-right: 0pt; margin-bottom: 0pt; margin-left: 0pt; padding-top: 0pt; padding-right: 0pt; padding-bottom: 0pt; padding-left: 0pt; border-top-width: 0px; border-right-width: 0px; border-bottom-width: 0px; border-left-width: 0px; border-style: initial; border-color: initial; ">

Карбокатионы здатні відволікатися атоми й у виді гідридів-іонів від інших молекул вуглеводню і изомеризоваться з переміщенням чи атомів водню алкильных груп усередині молекули.

Побічні реакції:

· розщеплення (крекінг);

· полімеризація;

· алкилирование.

При використанні каталізатора - алюминийхлорида процес проводять при 90-120⁰С в реакторі з мішалкою, попередньо насичуючи вуглеводень хлористим воднем (активатор). Вуглеводневый шар відокремлюють від катализатора, відганяють пари соляної кислоти і нейтралізують.

При використанні каталізатора – металів платинової групи, (палладій на носіях) процес проводять при 350-450⁰С и 2-3 МПа в адіабатичному реакторі з надлишком водню для запобігання дегидрирування і полімеризації олефинов. Продукти реакції після конденсації і відділення від циркулюючого водню піддають ректифікації. Неперетворені вуглеводні (бутан, пентан) повертають у цикл. Технологічні схемі наведені у [2, с. 10-11].

Виробництво вищих парафінів. Тверді і м'які парафииы (до 30%) містяться в нефтепродутках у виді розчинів. Парафины виділяють иэ мастил, що незастигає газойля, керсина, диэельного палива, і ін. фракцій. Тверді парафины (С20-С35) с Тпл.>500⁰С і Тк=350-500⁰С. М'які парафины (С11-С20) с Tпл.<40⁰С і Тк = 200-350⁰С.

Тпл. н-парафинов нижче, чим у відповідних изопарафинов, тому їх можна розділяти вымораживани.

Ціль депарафинизации - зниження в'язкості і температури эагустевания нафтопродуктів. Ії проводять такими методами:

1. Кристалізація:

· а) Кристалізація без застосування розчинника проводиться для газойлевых фракцій і низковязкик олій. Олії прохолоджують розсолом до 0⁰С, выкристаллизовавшийся парафін відокремлюють на фільтр-печатці у виді коржа (парафіновий гач), що містить до 70% парафіну і 30% рідких вуглеводнів. Гач поміщають на ситчатую тарілку і нагрівають. Рідина, що виділилася, содежашую ще достатня кількість парафіну, знову направляють на кристалізацію. Отриманий парафін містить 95-99% твердих парафінових вуглеводнів.

· б) Депафінізація ззастосуванням растврителя більш розповсюджена. Розчинник належний володіти низькою розчинюючою здатністю вищих нормальних парафинов і добре розчиняти изопарафины, нафтени й ароматичні вуглеводні.

2. Карбамидна депарафиниэация застосовується для будь-яких, навіть легких фракцій (бензин, гас і т.д.). Проводиться при 10-40⁰С. При обробці важких фракцій, багатим парафіном використовують легко киплячий розчинник (хлористий метилен), що потім регенерують і повертають у процес. При використанні 70-80% розчину карбаміду кристалізаційна вода цілком міститься аддуктом, чим запобігається утворення третьої фази. Недоліком є менша вибірковість, оскільки одночасно витягаються нормальні і изопарафіни, а також деякі інші вуглеводні з досить довгими ланцюгами.

Виділення парафінів на цеолітах. Процес проводиться в рідкій чи газовій фазі при Т = 350-400⁰С и Р = 0,7-1,2 МПа і складається зі стадій адсорбції і десорбції. Використовується сировина з Tкиn = 240-320⁰С. Співвідношення азот: сировина = 300- 400 м куб. /м куб. Марка цеоліту (молекулярного сита)- 5А. Ступінь витягу 80-98%. Достоїнства методу - застосовність до будь-яких фракцій і висока чистота продукту (98-99,2%).

Графічні залежності процесів наведений у [3, с. 23], технологічні схеми процесів – в [2, с. 6-9].