Характеризует расширение объема продуктов на выходе из печи, где С8 С/Н -соотношение содержания углерода к водороду в исходном сырье; - жесткость пиролиза;
Цель работы: Изучение процесса парофазного крекинга с получением высокоароматизированного продукта - исходного сырья для получения ароматических углеводородов
Реактивы: бензин, керосин, растворители
Химическая посуда: колбы круглодонные, стаканы конические, термометры, нефтеденсиметры.
Проведение пиролиза на лабораторной установке
Пиролиз - высокотемпературная форма парофазного крекинга, характеризуется более глубоким разложением углеводорода нефти, с образованием газообразных и смолистых продуктов. Смола пиролиза служит для получения ароматических углеводородов.
Пиролиз ведут при температуре 670-720°С. Выход газообразных продуктов достигает 45-50%, жидких - 50%. Выходы ароматических углеводородов изменяется в зависимости от температуры процесса: пониженный температурный процесс повышает содержание ксилолов, при повышении температуры растет выход толуола, а затем и бензола.
Рис. 6 Схема лабораторной установки пиролиза: 1 -- сырьевой и водяной мерники; 2 -- промежуточные емкости; 3 -- нагревательная печь; 4 -- реактор; б -- термопара; 6 -- потенциометр; 7 -- холодильник; 8 -- ловушка; 9 -- охлаждаемые приемники; 10 -- манометр; 11 -- газовые часы; 12 -- колонка с СаС12; 13 -- колонка с активированным углем; 14 -- промывная склянка с H2SО4, 15 -- трубка с аскаритом. Линии: I -- азот; II -- воздух; III -- продукты сгорания кокса; IV -- пирогаз в атмосферу; V -- пирогаз в газометр.
Скорость подачи сырья из сырьевой емкости обычно задается перед опытом. Глубина разложения при пиролизе зависит от двух факторов: температура процесса и времени пребывания паров в печи. Для лабораторных установок скорость составляет около3-4 мл сырья в минуту.
Проведение опыта
Когда температура в реакционной камере (реакторе) будет на 10-20°С выше заданной, пускают водоструйный насос и начинают подачу сырья и реактор, следя за показанием милливольтметра через каждые 10 мин. Температуру внутри реактора поддерживают постоянной посредством автотрансформаторов. Опыт ведут столько времени, чтобы количество пропущенного сырья составило не менее 150-240 мл. После этого подачу сырья прекращают и выключают обогрев печи. Когда выделение паров из печи прекратиться, все пары во втором приемнике сконденсируются, разъединяют абсорбер и второй приемник, взвешивают их (первый приемник взвешивают, когда остынет печь), отмечают показания газовых часов.
Таблица 5.1 - Материальный баланс эксперимента
|
наименование |
количество |
||
|
грамм |
% на сырье |
||
|
Взято: |
|||
|
1. Сырье |
100 |
||
|
Итого |
100 |
||
|
ПОЛУЧЕНО: |
|||
|
1. Газ |
|||
|
2. Фр. н. к. -170°С |
|||
|
3. Фр. н. к. - 170-240°С |
|||
|
4. больше 240°С |
|||
|
5. Потери |
|||
|
Итого |
100 |
Анализ сырья и продуктов пиролиза
I Сырье (керосин, KГФ)
а) Плотность
б) Показатель преломления
и) Фракционный состав (по Энглеру)
II Выбор режима опыта: а) Температура 670-720°C
б) Скорость подачи сырья 3-4 мл.мин.
III Перегонка смолы пиролиза (содержимое обоих процессов сливают вместе):
|
На фр. до 170°C Легкое масло |
170-240°C зеленое масло |
Более 240°C Остаток пиролиза |
а) Плотность
б) Непредельные углеводороды (определение йодного числа).
Контрольные вопросы
1. Суть процесса пиролиза?
2. Какую роль играет температура процесса?
3. Какие продукты получаются при пиролизе?
4. Где применяются газообразные и жидкие продукты пиролиза?
Модуль 2. Процессы нефтепереработки, предназначенные для улучшения качества получаемых нефтепродуктов. Процессы получения масел. Современные процессы углеводородных газов
Лабораторная работа №6. Исследование процесса получения парафина из различных фракций парафинистых нефтей
Целью процесса депарафинизации является удаление твердых углеводородов из рафинатов после селективной, адсорбционной и кислотно-щелочной или кислотно-контактной очистки (если ее применяют для производства специальных масел из парафинистых или высокопарафинистых нефтей).
При производстве масел из малопарафинистых нефтей депарафинизацию, как правило, не применяют. Основным показателем, определяющим глубину депарафинизации, является температура застывания полученного продукта. Депарафинизацию производят кристаллизацией из раствора депарафинируемого сырья в растворителе -- пропане, нафте, хлорпроизводных углеводородов; наиболее распространенные растворители -- смеси кетонов (метилэтилкетона или ацетона) с толуолом. Процесс депарафинизации состоит из следующих стадий: растворения депарафинируемого сырья и термической обработки полученного раствора; охлаждения раствора до температуры выделения основной массы твердых углеводородов; фильтрования; отгона растворителя от осадка на фильтре (от твердых углеводородов) и от депарафинированного продукта. При выборе условий процесса исходят из свойств депарафинируемого сырья (содержание парафинов, вязкости) и необходимой глубины депарафииязации. Основными факторами процесса являются: природа растворителя и его кратность к сырью, температура депарафинизации, которую выбирают в зависимости от требуемой температуры застывания и температурного эффекта депарафинизации (ТЭД) последний определяется разностью между температурами фильтрования и застывания депарафинированного продукта. В соответствии с этим температуру депарафинизации или фильтрования Тф определяют, исходя из требуемой температуры застывания ТЗ и ТЭД для выбранного растворителя, по следующему равенству:
Примерные температурные эффекты депарафинизации для наиболее распространенных растворителей приведены ниже (в °С) :
Нафта От --25 до --29
Пропан От --15 до --20
Дихлорэтан + бензол (22% + 78%) От -- 6 до -- 8
Ацетон + бензол + толуол (30% + 35% + 35%) От -- 7 до --12 Метилэтилкетан + бензол -)- толуол (40% + + 40% + 20%) От -- 3 до -8
Ацетон + толуол (35% + 65%) . От --10 до --12
Метилэтилкетон + толуол (60% + 40%) ... От -- 8 до --10
Метилизобутилкетон От 0 до --3
Из всех указанных растворителей наибольшее распространение получили смеси ацетона или метилэтилкетона с толуолом; применяются и высшие кетоны. Максимальное содержание ацетона в смеси не должно превышать 40% для дистиллятных и 35% для остаточных рафинатов; содержание МЭК (метилэтилкетона) должно быть не более 50--60% и 40--50% соответственно. Высшие кетоны -- метилизобутилкетон, метилизопропилкетон и другие не требуют добавления толуола или бензола и толуола. На отечественных заводах применяют ацетон -- толуол и МЭК -- толуол, за рубежом и высшие кетоны. Кратность растворителя к сырью зависит от вязкости сырья (рафината или другого продукта) и глубины охлаждения. При температурах охлаждения до минус 60 °С для маловязких дистиллятов кратность растворителя к сырью составляет 4-5:1; при температуре депарафинизации дистиллятных продуктов от --30 до --40 °С кратность растворителя 2,5-3,5:1. Денарафшшзацию остаточных рафинатов проводят при кратности 4-5:1.
Лабораторная установка депарафинизации рафинатов и других продуктов с высоким содержанием твердых углеводородов
Установка состоит из следующих деталей: конической или круглодонной1 колбы емкостью 1-2 л (в зависимости от количества депарафинируемого сырья); обратного холодильника; мешалки для перемешивания содержимого колбы; водяной или спиртовой бани для охлаждения; металлической воронки, вмонтированной в баню; приемника фильтрата; манометра (вакуумметра); ловушки.
Проведение опыта
В круглодонную или коническую колбу отвешивают необходимое количество сырья и приливают требуемое количество растворителя в соответствии с выбранной кратностью (емкость колбы должна быть не меньше двойного объема взятых для депарафинизации сырья и растворителя). Колбу закрывают пробкой с отверстием, в которое вставляют обратный холодильник и, периодически взбалтывая, нагревают в водяной бане с температурой 50-60 °С содержимое колбы до полного его растворения. Затем приступают к охлаждению раствора при непрерывном помешивании мешалкой, вставленной в пробку колбы вместо обратного холодильника. Скорость охлаждения 2 град/мин.
Охлаждение ведут в той же бане сначала водой и льдом (температура бани 0 °С), а потом снегом и солью (температура до --20 °С). Если охлаждение проводят до более низкой температуры, то баню заполняют спиртом, в который бросают кусочки твердой углекислоты (сухого льда). Спирт можно заменить изо-октаном. Баню изолируют войлоком или асбестом. При достижении заданной температуры депарафинизации (фильтрования) отделяют выделившиеся твердые углеводороды от раствора депара-финированного продукта (масла) фильтрованием через беззольный фильтр «розовая лента», плотно уложенный без зазоров и точно по окружности на металлическую сетку, укрепленную в воронке. Воронка вмонтирована в охлаждающую баню с температурой на 3-5 °С ниже температуры фильтрования. Можно применять и другие фильтры с порами соответствующих размеров. Воронку на пробке вставляют в градуированный приемник (рис.7), соединенный с вакуум-насосом, и начинают охлаждать одновременно с депарафинируемым раствором.
Рис. 7. Установка для депарафинизации и обезмасливания: 1 -- воронка; 2 -- баня; з -- изоляция; 4 -- градуированный приемник; 5 -- ловушка; 6 -- трехходовый кран; 7 -- манометр; 8 --охлаждающая смесь, фильтрование,
Прежде чем приступить к фильтрованию, со стенок фильтра гигроскопической ватой удаляют образовавшиеся при охлаждении капли росы, после чего присасывают фильтр к сетке воронки, смачивают его растворителем и включают вакуум-насос. Вакуум при фильтровании держат в пределах 800-745 кПа (600-560 мм рт. ст.). После достижения требуемых температур депарафинируемого раствора и воронки (бани) и установления необходимого вакуума приступают к фильтрованию, максимально сокращая время пребывания колбы вне бани и наблюдая за показаниями вакуумметра.
Одними из основных показателей процесса депарафинизации являются скорость охлаждения раствора (град/ч) и скорость фильтрования (м3/м2-ч). Эти показатели определяют следующим образом: скорость охлаждения -- по показаниям термометра вставленного в охлаждаемую смесь и секундомера, включенного одновременно с началом охлаждения; скорость фильтрования --т фиксируя время, в течение которого в приемник поступает определенное количество фильтрата (25, 50, 100 мл), и зная поверхность фильтра. При отборе малых количеств фильтрата замер повторяют несколько раз и определяют среднюю продолжительность заполнения приемника. При этом не учитывают время заполнения первых 5 мл поступающего в приемник фильтрата. При фильтровании депарафинированного раствора толщина лепешки на фильтре должна быть не больше 10-12 мм. Если указанная толщина лепешки получена до того, как окончено его необходимо прекратить, образовавшуюся лепешку промыть и удалить с фильтра (можно быстро заменить охлажденным фильтром).
Лепешку промывают охлажденным до температуры фильтрования растворителем в два приема. Общее количество растворителя для промывки 100--150% от количества депарафинируемого сырья. Во избежание засасывания воздуха, создающего противодавление, промывку нужно проводить при влажном, смоченном растворителем фильтре. Фильтрат после промывки отбирают отдельно, либо вместе с основным фильтратом в зависимости от заданных условий. После окончания промывки (когда на кончике воронки нет капель) и высушивания лепешки в вакууме сообщают приемник с атмосферой, останавливают вакуум-насос, отсоединяют приемник и шпателем количественно переносят с фильтра лепешку гача или петролатума (в зависимости от депарафинируемого сырья) во взвешенный стакан или фарфоровую чашку.
Лепешку, основной фильтрат и фильтрат после промывки взвешивают. Затем регенерируют растворитель; для этого растворы (основной фильтрат и промывку), а также содержащую растворитель лепешку загружают в кубик или колбу, из которых отгоняют растворитель (см. рис. ). Растворы и лепешку переносят в перегонные аппараты количественно. После отгона растворителя остатки взвешивают и составляют материальный баланс процесса.
Полученные депарафинированное масло, промывку (если ее отбирали отдельно), гач или петролатум исследуют, определяя для депарафинированного масла: температуру застывания, вязкость при 50 и 100 °С, индекс вязкости (ИВ) и отношение вязкостей. Если это предусмотрено заданием, то определяют температурный коэффициент вязкости (ТКВ) по формуле:
или
где V -- кинематическая вязкость испытуемого масла при соответствующей температуре. Результаты наблюдений записывают по следующей форме:
Депарафинируемое сырье
Физико-химические свойства сырья
температура застывания, °С
вязкость при 100 или 50 °С, сСт
Условия депарафинизации растворитель или состав смешанного растворителя
кратность разбавления
кратность промывки
начальная температура раствора депарафинируемого продукта, °С
конечная температура охлаждения, °С
вакуум или давление при фильтровании, кПа (мм рт. ст.)
продолжительность охлаждения, мин
Полученные результаты
Продолжительность фильтрования, с
50 мл
100 мл
150 мл
200 мл
Скорость фильтрования, л/(м2-ч) *
Выход, % (масс.) от сырья
депарафинированного масла
гача (петролатума)
При определении скорости фильтрования пользуются кривой, построенной в координатах «продолжительность фильтрования (с) -- объем фильтровальной жидкости (мл)» и вычисляют ее по уравнениям: