Расчет дегидрирования бутана производительностью 120 тыс. т/год

      ВВЕДЕНИЕ

Бутадиен-1,3 (дивинил)  СН₂=СН—СН=СН₂ – бесцветный газ с характерным неприятным запахом с темп. кип. 268,59 К.

Бутадиен –  типичный диеновый углеводород с  сопряженными двойными связями, легко  полимеризуется и сополимеризуется со стиролом, нитрилами или эфирами акриловой или метакриловой кислот, винил- и метилвинилпиридинами, винил- и винилиденхлоридами, изобутиленом, изопреном и др. Бутадиен является основным мономером, применяемым в современном промышленном производстве синтетических каучуков. На бутадиене базируется производство подавляющего большинства синтетических каучуков общего назначения: стереорегулярные 1,4,-цис-бутадиеновые, бутадиен-стирольные, бутадиен-метилстирольные, ряд синтетических каучуков специального назначения – бутадиен-нитрильные, бутадиен- метилвинилпиридиновые и др. Помимо производства синтетических каучуков, бутадиен применяется в промышленном масштабе для производства синтетических смол, адиподинитрила (в производстве полиамидов) и себациновой кислоты.

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХЗАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА 

1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

 

                      н—С₄Н₁₀ → С₄Н₈+Н₂. 

      Производство бутадиена из углеводородов С₄ (н-бутан и н-бутены) методами каталитического дегидрирования является основным направлением в современной технологии получения бутадиена. В промышленности используют различные технологические варианты получения бутадиена дегидрированием углеводородов С₄. Применяемые процессы можно условно разделить на следующие группы: дегидрирование бутана в бутены, дегидрирование бутенов; одностадийное дегидрирование бутана в бутадиен.

     Характерной особенностью реакций дегидрирования с образованием олефинов является ограничение степени превращения условиями равновесия. Реакции дегидрирования всегда являются эндотермическими и, следовательно, равновесие в сторону образования ненасыщенных углеводородов должно сдвигаться с повышением температуры. Степень превращения углеводородов возрастает с повышением температуры и понижением давления. На практике при температурах выше 773-823 К даже в отсутствие катализаторов предельные углеводороды претерпевают реакции изомеризации, крекинга и др.

        Поэтому процесс дегидрирования бутана проводят при температурах до 923-973 К, т.е. при температурах более низких, чем термодинамически оптимальные. Применение катализаторов позволяет достигнуть высокой скорости процесса при относительно низкой температуре, когда еще не существенен вклад побочных реакций.     Ввиду обратимости реакций дегидрирования –гидрирования  и, следовательно, способности катализаторов ускорять обратимые реакции в обоих направлениях, эти реакции катализируются одними и теми же соединениями.

      
 

     При дегидрировании вследствие отщепления водорода всегда происходит увеличение объема газа и понижение давления благоприятствует повышению степени конверсии. По этой причине процессы дегидрирования проводят при давлении, близком к атмосферному, а в некоторых случаях процесс осуществляют в вакууме.

      Иногда вместо применения вакуума предпочтительнее разбавлять реакционную массу газом, инертным в условиях реакции, или паром, что также приводит к снижению парциальных давлений реагентов и возрастанию равновесной степени конверсии. Снижение парциального давления позволяет также понизить температуру реакции и, следовательно, уменьшить образование побочных продуктов.  

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ДИВИНИЛА

      Через подогреватель 1 н-бутан поступает в печь 2, где нагревается до 600-620 ⁰С и направляется в один из реакторов 3, который работает на дегидрирование. Из реактора контактный газ, пройдя для «закалки» аппарат 4, подается в скруббер 5, в котором охлаждается холодным маслом, циркулирующим через холодильник 6. Охлажденный в скруббере газ сжимается в турбокомпрессоре 7 до давления 1,3 МПа и направляется в абсорбер 8. Из верхней части абсорбера выходит водородсо-держащий топливный газ, а раствор углеводородов в абсорбенте подается в десорбер 9. Из верхней части десорбера отгоняется фракция С₃-С₄, а абсорбент через холодильник 11 возвращается на орошение абсорбера 8. В качестве абсорбента используется высококипящая углеводородная фракция С₅. Фракция С₃-С4 из верхней части десорбера поступает в колонну 10 (депропанизатор), где из нее отгоняется пропан. Оставшаяся фракция С₄ с содержанием бутадиена-1,3 от11 до 13% массовых направляется на выделение бутадиена, а бутан бутиленовая фракция возвращается в виде рецикла на дегидрирование, присоединяясь  к свежему н-бутану. По окончании цикла дегидрирования поток углеводородного сырья переключается на другой реактор, а затем для регенерации катализатора топочными газами с небольшим содержанием кислорода из топки 12. 

      Теплота газообразных продуктов ре-генерации катализатора используется для выработки технологического пара в кот-ле-утилизаторе 13.

                      

            

 
 
 

1.3. Основные технологические параметры, влияющие на процесс

         Дегидрирование н-бутана до бутадиена-1,3 представляет обратимый гетерогенно-каталитический процесс, протекающий с поглощением тепла через стадию образования изомеров бутилена.Одностадийный процесс дегидрирвания н-бутана до бутадиена-1,3 может быть описан суммарным уравнением:

С ₄Н ₁₀«С₄Н₆+2Н₂

и складывается из двух реакций:

С ₄Н ₁₀«С ₄Н ₈+Н₂

С ₄Н ₈«С ₄Н ₆+Н₂.

Достоинства данного  метода:

сокращение расхода  технологического пара;

исключение второй стадии дегидрирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Расчет материального баланса 

1. Строим диаграмму  материальных потоков: 

 
 
 
 

2. Молекулярные массы  веществ:

М(С₄Н₁₀)=58     М(С₄Н₆)=54       М(Н₂)=2

3. Масса н-бутана  в газе (т/г):

120000*0,94=112800

4. Масса пропана  в газе (т/г):

120000-112800=7200

5. Масса вступившего в реакцию н-бутана (т/г):

112800*0,26=29328

6. Масса непрореагировавшего  н-бутана (т/г):

112800-29328=83472

7. Масса образовавшегося  дивинила (т/г):

  н-С₄Н₁₀«С₄Н₆+2Н₂ 
 

х=27305.4

8. Масса образовавшегося  Н₂ (кг/ч): 

х=2022.62

2.3. Таблица материального  баланса 

 
 
 
 
 
 
 

      2.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

   

 
 
 
 
 
 
 

 По закону сохранения энергии: 
 
 
 

1. Рассчитываем  (все величины переведены в кг).

 

.

.. 
 

.

.

2. Определяем :

 

.

. 

Рассчитываем  потери:

.

      Составляем  таблицу теплового баланса 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      Основное направление потребления  бутадиена в России – производство  каучуков различных марок (дивинилстирольные, бутадиен-нитрильные, полибутадиеновые и др.). Незначительное количество бутадиена используется в производстве акрилонитрил-бутадиенстирольных пластиков (АБС-пластиков), дивинилстирольных термоэластопластов, латексов.

Процессы, разработанные  для получения бутадиена как  целевого продукта, это дегидрирование бутана или бутена, а также выделение  бутадиена из фракции С4 крекинг-газов

    Бутадиен - один из основных мономеров  для производства синтетических  каучуков, некоторых пластмасс (например, АБС-пластик);