Степень превращения сырья в процессах переработки нефти. Способы повышения глубины превращения сырья - Направление совершенствования химических производств

Степень превращения (конверсия) показывает на сколько полно в хим.- технологическом процессе используется исходное сырье.

Степень превращения - это отношение массы сырья, вступившего в р-ию за время t к исходной его массе:

Xa = mc-ma/mc

Ma-кол-во сырья, не вступившего в р-ию;

Mc - кол-во сырья, поданного в р-ию.

Применение деструктивных процессов крекинга за счет расщепления молекул исходного тяжелого сырья при температурах 450-550 С позволяет резко повысить выработку светлых нефтепродуктов и газов разложения.

Широкое внедрение процессов термического, каталитического крекинга, а также гидрокрекинга тяжелых нефтяных фракций и остатков прямой перегонки нефти, т. е. их деструктивной, вторичной переработки, дает возможность значительно углубить переработку нефти и, следовательно, увеличить производство различных ценных нефтепродуктов, в первую очередь моторных топлив, не привлекая для этого дополнительные ресурсы нефти.

    47. Понятие о факторах химических процессов технологии топлива. Назначение и роль технологических факторов в основных результатах процессов 48. Два основных направления реакций при термических процессах переработки нефти

В термических, а также каталитических прлцессах нефтепереработки одновременно и совместно протекают как эндотермические реакции крекинга (распад, дегидрирование, деалкиллирование, деполимеризация, дегидроциклизация), так и экзотермические реакции синтеза (гидрирование, алкиллирование, полимеризация, конденсация) и частично реакции изомеризаци с малым тепловым эффектом. Об этом свидетельствует то обстоятельство, что в продуктах термолиза (и катализаза) нефтяного сырья всегда содержатся углеводороды от низко - до высокомолекулярных: от водорода и сухих газов до смолы пиролиза, крекинг-остатка и кокса до дисперсного углерода (сажи). В зависимости от температуры, давления процесса, химического состава и молекулярной массы возможен термолиз с преобладанием или ракциций крекинга, как при газофазном пиролизе низкомолекулярных углеводородов, или реакциций синтеза, как в жидкофазном процессе коксования тяжелых нефтяных остатков. Часто термические и каталитические процессы в нефте - и газопереработке проводят с подавлением нежелательных реакций, осложняющих нормальное и длительное функционирование технол. процесса. Так, гидрогенизационные процессы проводят в среде избытка вородада с целью подавления реакций коксообразования.

Из курса физ. химии известно, что термодинамическая вероятность протекания хим. р-ций, независимо от того, явл. они или нет термическими или каталитическими (поскольку кат-р не влияет на равновесие реакций), определяется знаком и величиной изменения свободной энергии Гиббса (ДZ).

Если ур-ние какой-либо хим. реакции написать в виде

Где i -- номер хим. вещества А; j -- номер р-ции;

M --общее число участвующих в р-ции хим. в-в Аi,

S -- число независимых р-ций;

Нij -- стехиометрический коэф. при Аi в j-й р-ции (со знаком плюс для конечных и минус для исходных веществ), то изменение свободной энергии Гиббса для этой р-ции можно рассчитать как

Где ДZ -- свободная энергия обр-я Аi в-ва из элементов*.

Изменение энергии Гиббса связано с константой равновесия Кр этой р-ции след. зависимостью:

Где R -- газовая постоянная; Т -- t, К

Отрицательное значение ДZj при температуре Т и давлении р означает, что при этих условиях данная хим. р-ция может протекать самопроизвольно. При этом чем больше абсолютное значение отрицательной величины ДZj, тем больше вероятность протекания реакции и тем больше будут равновесные концентрации ее продуктов.

Значение ДZj для всех углеводородов зависит от молекулярной структуры и существенно возрастает с ростом их молекулярной массы и повышением t (кроме ацетилена). Из этих данных следует вывод о том, что высокомолекулярные углев-ды, обладающие, по ср. с низкомолекулярными, большим запасом энергии образования ДZАj термически менее стабильны и более склонны к реакциям распада, особенно при высоких t.

Поскольку в р-циях крекинга из исходных высокомолекулярных углеводородов образуются низкомолекулярные, а присинтезе наоборот, то эти 2 группы реакций термолиза должны антибатно различаться не только по тепловым эффектам (эндо - и экзотермические), но и по температурной зависимости энергии Гиббса ДZj. Так, значения ДZj с ростом t уменьшаются для эндотермических реакций крекинга углеводородов и повышаются для экзотермических реакций синтеза. Это означает, что термодинамическая вероятность протекания реакциций возрастает в эндотермических реакциях крекинга с повышением t, а в экзотермических реакциях синтеза -- наоборот, при понижении t. По этому признаку реакции крекинга явл. термодинамически высокотемпературными, а синтеза -- термодинамически низкотемпературными.

Качествевенно аналогичный вывод вытекает и из принципа Ле-Шателье: повышение t способствует протеканию эндотермичес ких р-ций слева направо, а экзотермических р-ций -- в обратном направлении.

Для реакций, идущих с изменением мольности, т. е. объема системы, на состояние равновесия оказывает влияние не только t, но и давл. Исходя из принципа Ле-Шателье следует, что повышение давл. способствует реакциям синтеза, идущим с уменьшением объема. Наоборот, для реакций крекинга, идущих с увеличением объема, благоприятны низкие давл. Для реакциций, протекающих без изменения объема, таких как изомеризация или замещение, давл. не оказывает влияния на их равновесие.

Т. о., термодинамический анализ позволяет прогнозировать компонентный состав и подсчитать равновесные концентрации компонентов в продуктах р-ций в зависимости от условий проведения термических и каталитическихз. Но компонентный состав и концентрации продуктов хим. р-ций в реальных пром. процессах не всегда совпадают с рез-тами расчетов. При проектировании, математическом моделировании, оптимизации, науч. иссл. и решении проблем интенсификации хим.-технол. процессов принято пользоваться кинетическими закономерностями хим. р-ций. Не следует противопоставлять хим. кинетику и хим. термодинамику. На основе термодинамических закономерностей устанавливается в целом наиб. благоприятная, с точки зрения выхода целевого продукта, обл. протекания хим. р-ций. Хим. же кинетика позволяет в термодинамически разрешенной области рассчитать концентрации (не равновесные, а кинетические) продуктов реакций, мат. баланс, геометрические размеры реакционных аппаратов и оптимизировать технол. параметры процессов.

Похожие статьи




Степень превращения сырья в процессах переработки нефти. Способы повышения глубины превращения сырья - Направление совершенствования химических производств

Предыдущая | Следующая