Курсовая работа (т): Этаноламины: свойства, получение, применение

Рисунок 3 - Схема изомеризации пентана в изопентан

- колонна азеотропиой осушки; 2,23,28,34 - кипятильники; 3,24,29,35 - дефлегматоры; 4,7,14,15,25,30,36 - емкости; 5,6,8,21,26,31,32,37 - иасосы; 9,12 - теплообменники; 10 - трубчатая печь; 11 - реактор; 13 - конденсатор; 16,17,20 - сепараторы; 18 - компрессор; 19,38 - холодильники; 22,27,33 - ректификационные колонны.

I - сырье; II - вода на отпарку углеводородов; III - отдувки в топливную сеть; IV - изопентан; V - фракция С₄ и выше; VI - водород.

Конденсат, состоящий в основном из изопентана и пентана, из емкости 15 через теплообменник 12 направляется в колонну 22 для отгонки легколетучих компонентов. Колонна 22 обогревается паром через кипятильник 23. Пары из верха колонны 22 направляются на конденсацию в дефлегматор 24. Конденсат собирается в емкость 25 и возвращается в колонну в виде флегмы. Несконденсировавшийся газ стравливается в топливную сеть. Изопентан-пентановая фракция из куба колонны 22 поступает в колонну 27 для выделения изопентана-ректификата. Кубовая жидкость колонны 27 - пентан освобождается в колонне 33 от углеводородов C₆ и выше и возвращается на изомеризацию. [3]

При снижении активности катализатора проводится окислительная регенерация при температуре 300-450 °С и давлении 0,6- 1,1 МПа циркулирующим инертным газом в смеси с кислородом. Содержание кислорода в инертном газе в ходе регенерации изменяется от 0,2 до 1,0% (об.), объемная скорость подачи циркулирующего газа (по отношению к объему катализатора) 500 ч^-1.

Условия и показатели процесса изомеризации пентана в изопентан

Температура,⁰С 400-450

Давление, МПа 4,0

Объемная скорость подачи сырья, ч^-1 2,1-2,5

Молярное соотношение пентан : водород 1 : 2

Выход изопентана в расчете на прореагировавший пентан, % (масс.) 96-98

Конверсия, % (масс.) 49-50

Изопентан получается с чистотой не менее 97,5% (масс). Содержание примесей в нем должно быть не выше, % (масс): [3]

Углеводороды C₂-C₄ 1,5

Непредельные углеводороды 0,5

Пентан 2,5

Серусодержащие соединения 0,003

Углеводороды C₈ и выше 0,3

Дегидрирование изопентана в изоамилены

Дегидрирование изопентана в изоамилены является равновесной реакцией:

₅H₁₂ <=> C₅H₁₀ + H₂

При дегидрировании изопентана образуется смесь изомерных изоамиленов: [3]

Преимущественно образуется 2-метилбутен-2. Все три изомера далее дегидрируются в изопрен. Тепловой эффект реакции дегидрирования изопентана в изоамилены около -1673 кДж/моль. Дегидрирование изопентана сопровождается рядом побочных процессов.

Крекинг с образованием углеводородов C₁-C₄, C₆ и выше, CO₂, СО, водорода и кокса.

Изомеризация изопентана и изоамиленов с получением соответствующих углеводородов C₅ нормального строения:

Циклизация и дегидрогенизация

Дегидрирование изопентана технологически оформлено как непрерывный процесс в кипящем слое алюмохромового катализатора ИМ-2201. Реактор и регенератор расположены на одном уровне, катализатор транспортируется в потоке высокой концентрации. Технологическая схема процесса дегидрирования изопентана в изоамилены приведена на рис. 4. Смесь свежей и возвратной изопентановой фракций через сепаратор 1 поступает в испарителв-2. Испарение сырья происходит при температуре 80 °С и давлении 0,58 МПа. Из сепаратора пары изопентана поступают в перегреватель 3, затем в закалочный змеевик реактора 5, где перегреваются за счет теплоты контактного газа. Далее пары изопентана перегреваются в трубчатой печи 4 до 500-550 °С и поступают в реактор 5 под кипящий слой катализатора через распределительную решетку. Теплота, необходимая для реакции, подводится с горячим регенерированным катализатором, циркулирующим в системе реактор-регенератор. [3]

Рисунок 4 - Схема дегидрирования изопентана в изоамилены

- сепаратор; 2₁, 2₂ - испарители, 3 - перегреватель; 4 - трубчатая печь, 5 - реактор; 6 - регенератор; 7 - топка; 8, 10 - котлы-утилизаторы; 9 - скруббер; 11 - сепаратор; 12 - холодильник, 13, 14 - насосы; 15 - увлажнитель; 16 - электрофильтр.

I - сырье; II - топливный газ; III - свежий катализатор; IV - отработанный катализатор; V - воздух; VI - дизельное топливо; VII - природный газ; VIII - вода; IX - дымовые газы; X - катализаторная пыль; XI - контактный газ; XII - азот; XIII - конденсат на очистку; XIV - водяной пар.

Реактор секционирован 12 решетками провального типа. Контактный газ из реактора, пройдя через циклоны для улавливания основного количества катализаторной пыли, направляется на охлаждение в вертикальный котел-утилизатор 8. Из котла-утилизатора контактный газ с температурой 300 ⁰C поступает в тарельчатый, скруббер 9, где охлаждается до 40 ⁰C Скруббер- разделен глухой перегородкой на две части: в верхнюю часть насосом 13 непрерывно подается вода с температурой 35 °С, циркуляция воды в нижней части осуществляется насосом 14. В нижней части скруббера накапливается катализаторная пыль, поэтому часть воды постоянно выводится на очистку. Из скруббера контактный газ поступает в сепаратор, где частично отделяется унесенная газом вода. Из сепаратора контактный газ направляется на выделение изопентан-изоамиленовой фракции. Разделение изопентан-изоамиленовой фракция, полученной при выделении фракции C₅ из контактного газа дегидрирования изопентана, проводится методом экстрактивной ректификации с безводным ДМФА.

Отработанный катализатор из реактора воздухом по транспортной линии подается на регенерацию в регенератор 6, секционированный 6 провальными решетками. Катализатор регенерируется воздухом в кипящем слое при 610-650 °С. Регенерированный катализатор попадает в восстановительный стакан регенератора. В верхнюю часть восстановительного стакана подается природный газ для восстановления шестивалентного хрома в трехвалентный; в нижнюю часть - азот для отдувки из катализатора продуктов восстановления. Восстановленный катализатор транспортируется в реактор. [3]

Газы регенерации, пройдя циклоны в верхней части регенератора, охлаждаются в котле-утилизаторе 10 до 250-400 ⁰C, затем в скруббере-увлажнителе 15 до 250-300 °С, очищаются от катализаторной пыли в электрофильтрах 16 и выбрасываются в атмосферу. В период пуска разогрев системы осуществляется дымовыми газами из топки 7. [3]

Условия и показатели процесса дегидрирования изопентана в изоамилены

Температура, ⁰C 530-555

Давление над кипящим слоем, МПа 0,127-0,147

Объемная скорость подачи сырья, ч^-1 115-180

Плотность кипящего слоя в реакторе и регенераторе, кг/м³ 750

Выход изоамиленов в расчете на пропущенный изопентан, % (масс.) 30-32

Селективность, (масс.) 72-76

Примерный состав контактного газа дегидрирования изопентана, % (масс.)

Водород 1,5 Изопентан 53,7

Метан 1,8 Изоамилены 21,1

Углеводороды C₂ 0,7 Изопрен 2,1

Углеводороды C₃ 2,1 Пентан 1,0

Углеводороды C₄ 5,0 Амилены 3,3

Углеводороды C₆ 0,4 Пиперилен 0,7

Оксид и диоксид углерода 0,6

Состав изопентан-изоамиленовой фракции, после выделения фракции C₅ из контактного газа % (масс.)

Углеводороды C₄ 0,1

Пентан 1,3

Изопентан 60

Амилены 3,2

Изоамилены 33,2

Пиперилен 0,6 Изопрен 1,4

Углеводороды C₆ и выше 0,1

Составы продуктов, получаемых при разделении изопентан- изоамиленовой фракции, % (масс.)

Изопентановая фракция Изоамилен- изопреновая фракция

Изопентан 92-95 Изоамилены 80

Изоамилены 2-4 Изопрен 10-12

Пентан 2,5-3,0 Пиперилен 1,5-2,0

Амилены 1,0 Изопентан 0,5-2,0

Углеводороды C₄ 0,2 Пентан 2,5

Амилены 6,0

Дегидрирование изоамиленов в изопрен

Дегидрирование изоамиленов в изопрен является равновесной реакцией. Все три изоамилена, полученные в результате дегидрирования изопентана, образуют изопрен: [3]

Тепловой эффект этой реакции зависит от структуры исходного изоамилена. Ниже указан тепловой эффект для каждого изомера, кДж/моль:

-Метилбутен-1 -131

-Метилбутен-2 -137,6

З-Метилбутен-1 -123,4

В расчете на 1 кг изоамиленов это составляет 1800 кДж. Кроме основной реакции дегидрирования протекают побочные процессы.

Разложение изоамиленов и изопрена с образованием углеводородов C₁-C₄, C₆, CO₂ и кокса.

Изомеризация изоамиленов в амилены, причем образовавшиеся нормальные углеводороды дегидрируются в пиперилен, который частично дегидроциклизуется в циклопентадиен: [3]

Процесс дегидрирования изоамиленов в изопрен осуществляется на стационарном слое хром-кальций-никельфосфатного катализатора ИМ-2204 или ИМ-2206 при 600-650 °С с чередующимися циклами контактирования и регенерации катализатора. Длительность одного цикла составляет 30 мин:

Дегидрирование 15 мин Регенерация 11 мин

Продувка паром 2 мин Продувка паром 2 мин

Установка для дегидрирования изоамиленов состоит из двух однотипных реакторов: один реактор находится на дегидрировании, другой - на регенерации, Технологическая схема процесса дегидрирования представлена- на рис. 5.

Сырье - свежая и возвратная изоамиленовые фракции - через сепаратор 1 поступает в испаритель 2. Испарение сырья происходит при температуре 95 ⁰C и давлении 0,50 МПа. Пары изоамиленовой фракции после сепаратора перегреваются до 105 ⁰C в перегревателе 3 и направляются в печь 4, где перегреваются до 450-500 °С. Во избежание термического разложения изоамиленов перегревать их выше 500 ⁰C не рекомендуется. Поэтому в случае завышения температуры предусматривается подпитка амиленов водяным паром с температурой 158 °С. [3] Реакция дегидрирования изоамиленов протекает в присутствии водяного пара. Водяной пар с температурой 700-750 ⁰C смешивается с парами сырья перед входом в реактор 5. Для предупреждения вторичных реакций термичес'кого разложения в трубопроводах после реактора температура контактного газа на выходе из катализаторного слоя снижается до 530 °С путем впрыскивания парового конденсата. Каждый реактор снабжен котлом-утилизатором 6, где контактный газ охлаждается до 250 ⁰C После этого контактный газ поступает в скруббер 7, разделенный глухой тарелкой на две секции. В нижней части скруббера происходит очистка контактного газа от унесенной катализаторной пыли, удаление из него тяжелокипящих продуктов, а также охлаждение газа до 120 ⁰C циркулирующим дизельным топливом. Из нижней части скруббера отработанное дизельное топливо откачивается на очистку. В верхней части скруббера происходит, дальнейшее охлаждение контактного газа до 115 °С и частичная конденсация водяного пара за счет циркулирующего конденсата. [3]

Из скруббера 7 контактный газ поступает в конденсатор 11, где охлаждается до 95-98 ⁰C с частичной конденсацией содержащегося в нем водяного пара и дизельного топлива. Окончательное охлаждение и конденсация водяного пара происходят в воздушном холодильнике 12 и конденсаторе 14. После сепараторов 13 и 15 контактный газ с температурой 65 ⁰C подается на выделение изоамилен-изопреновой фракции.

Рисунок 5 - Схема дегидрирования изоамиленов в изопрен

- сепаратор; 2 - испарители; 3 - перегреватель; 4 - трубчатая печь; 5 - реакторы; 6 - котлы-утилизаторы; 7,17 - скрубберы; 8 - емкость; 9,18 - насосы; 10 - холодильник; 11,14,19 - конденсаторы; 12,20 - воздушные холодильники; 13,15,21 - сепараторы; 16,22 - емкости.

I - сырье; II - водяной пар; III - топливный газ; IV - паровой конденсат на закалку; V - воздух на регенерацию; VI - дизельное топливо; VII - контактный газ; VIII - дизельное топливо на орошение скруббера; X - дизельное топливо на очистку; XI - вода; XII - газы регенерации; XIII - конденсат на дегазацию; XIV - вода на очистку.

После проведения процесса дегидрирования реактор 5 переключается на процесс регенерации. Регенерация катализатора проводится паровоздушной смесью при 630-650 °С. Во время регенерации количество перегретого водяного пара составляет одну треть от количества, подаваемого при контактировании. Газы регенерации, пройдя котел-утилизатор, с температурой 250 ⁰C поступают в скруббер 17, где охлаждаются до 115 ⁰C Скруббер орошается конденсатом, циркуляция которого осуществляется насосом 18. Затем газы регенерации охлаждаются в конденсаторе 19 и воздушном холодильнике 20 и выбрасываются в атмосферу. Конденсат из газов регенерации собирается в емкость 22, откуда подается на очистку от диоксида углерода. [3]

Условия и показатели процесса дегидрирования изоамиленов в изопрен

Температура, ⁰C 600-650

Перепад давления по слою катализатора, МПа 0,039-0,09

Объемная скорость подачи сырья, ч^-1 150-220

Молярное соотношение сырье : водяной пар 1 : 20

Выход изопрена в расчете на пропущенные изоамилены, 32-33 % (масс.)

Селективность, % (масс.) 76

Конверсия, % (масс.) 40-43

Примерный состав контактного газа дегидрирования изоамиленов, % (масс.)

Водород 1,2 Пентан 0,1

Метан 0,8 Амилены 5,5

Углеводороды C₂ 0,3 Пиперилен 3,0

Углеводороды C₄ 3,1 Углеводороды C₆ 0,3

Изопентан 11,5 Диоксид углерода 1,1

Изоамилены 45,2

Оксид углерода 0,4

Изопрен 25,0

Следующей стадией производства изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана является выделение изоамилен-изопреновой фракции из контактного газа дегидрирования изоамиленов. Выделение изоамилен-изопреновой фракции осуществляется по схеме, аналогичной выделению изопентан-изоамиленовой фракции. [3] Выделение и очистка изопрена из смесей, образующихся при двухстадийном дегидрировании изопентана, состоит из следующих стадий:

-       выделение изопрена из изоамилен-изопреновых фракций экстрактивной ректификацией с безводным ДМФА;

-       ректификация изопрена-сырца от пиперилена;

-       химическая очистка изопрена от циклопентадиена, проводится в трех реакторах, работающих последовательно, и ректификационной колонне;

-       отмывка от карбонильных и аминосоединений паровым конденсатом при 25 ⁰C и соотношении вода : изопрен ==1:1;

-       гидрирование ацетиленовых углеводородов в изопрене проводится при 20°С и давлении 0,15 МПа в жидкой фазе на стационарном катализаторе «никель на кизельгуре» электролитическим водородом, подаваемым в нижнюю часть реактора. Ацетиленовые соединения, в основном бутилацетилен и изопропилацетилен, гидрируются в амилены.

Изопрен-ректификат получается с чистотой не менее 99,0% (масс), он собирается и откачивается на склад. Содержание примесей в нем должно быть не выше, % (масс):

Ацетиленовые углеводороды 0,0002 Углеводороды C₆ 1,0

Серусодержащие соединения 0,0003 Пиперилен 0,02

Карбонильные соединения 0,002 Циклопентадиен 0,0001

Азотсодержащие соединения 0,0002