СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 Научно-технический обзор 5

1.1 Сырьё, продукты, катализаторы процесса алкилирования 5

1.2 Механизм алкилирования изобутана 8

1.3 Технология процесса алкилирования парафинов 11

ГЛАВА 2 ВЫБОР И ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССОВ 15

ГЛАВА 3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ 18

3.1 Расчет реактора 18

3.2 Расчет горизонтального реактора алкилирования 20

3.3 Расчет первой секции 21

ГЛАВА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА УГЛЕВОДОРОДНОЙ МАССЫ, 

ВЫХОДЯЩЕЙ ИЗ ПЕРВОЙ 23

4.1 Объем отстойной зоны реактора 25

4.2 Материальный баланс реактора 37

ГЛАВА 5 Объем отстойной зоны реактора 38

5.1 Расчет сырьевого насоса 39

5.2 Расчет верха ректификационной колонны К-1 40

5.3 Расчет теплообменной аппаратуры 45

5.4 Расчет конденсатора – холодильника 49

ГЛАВА 5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ 53

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 56

ПРИЛОЖЕНИЯ 58


ВВЕДЕНИЕ
В производстве автомобильных бензинов наблюдается тенденция к повышению их октанового числа, так как использование высокооктановых бензинов позволяет без увеличения габаритов повысить мощность карбюраторных двигателей с одновременным снижением удельного расхода топлива. Основные сорта бензина должны иметь октановое число порядка 93-95. Наряду с этим по соображениям охраны окружающей среды резко сокращается производство этилированных бензинов или значительно уменьшается содержание в них тетраалкилсвинца для снижения выбросов в атмосферу токсичных соединений углерода, серы и азота в составе выхлопных газов и отравляющего воздействия продуктов разложения тетраалкилсвинца на катализаторы дожигания выхлопных газов двигателя. В этой связи особенно целесообразно увеличение содержание высокооктановых изопарафиновых компонентов в автобензине, которые, имея высокое октановое число по исследовательскому методу обладает низкой чувствительностью.

В основе процессов производства высокооктановых изонарафиновов лежат реакции изомеризации н-парафинов и алкилированных парафиновых углеродов олефиновыми углеродами С₂ - С₅.

Алкилированием называют процессы введения алкильных групп в молекулы органических и некоторых неорганических веществ. Эти реакции имеют очень большое практическое значение для синтеза алкилированных в ядро ароматических соединений, изопарафинов, многих меркаптанов и сульфидов, аминов, веществ с простой эфирной связью, элемент- и металлорганических соединений, продуктов переработки

---

-оксидов и ацетилена. Процессы алкилирования часто являются промежуточными стадиями в производстве мономеров, моющих веществ и т. д.

Многие из продуктов алкилирования производятся в очень крупных масштабах. Так, в США синтезируют ежегодно около 4 млн. т этилбензола, 1,6 млн. т изопропилбензола, 0,4 млн. т высших алкилбензолов, свыше 4 млн. т гликолей и других продуктов переработки алкиленоксидов, около 30 млн. т изопарафинового алкилата, около 1 млн. т трет-бутилметилового эфира и т. д.

По механизму реакции алкилирования относятся к двум основным группам:

- реакции кислотно-каталитического алкилирования;

- реакции термического алкилирования.

В настоящее время практически весь объём промышленного производства моторных алкилатов основан на методе кислотно-каталитического алкилирования.

Основная цель данной выпускной квалификационной работы является изучение работы установки сернокислотного алкилирования и его значение для процесса переработки.

Для решения этой цели ставится основные задачи:

- изучить сырье, продукты и катализаторы установки

- изучить принцип работы

- изучить технологию процесса алкилирования

- разобрать безопасность и экологичность данного процесса

ГЛАВА 1 НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОЦЕССА
1.1 Сырьё, продукты, катализаторы процесса алкилирования
В промышленных условиях в качестве сырья применяют узкие фракции углеводородов.

Из парафинистых углеводородов наибольшее практическое значения для алкилирования имеет изубутан, фракцию С₃-С₅ попутных нефтяных газов и газов нефтепереработки используют для получения изобутана. Высокое давление паров (520 кПа при 38 ºС) ограничивает возможность применения непосредственно как комплекта моторных топлив. При дефиците изобутана иногда в промышленных процессах алкилирования к изобутану добавляют изопентан (не более 20%).

Качество получающегося при сернокислотном алкилировании изобутана снижается в зависимости от используемого олефина в следующей последовательности:

Бутилен-2 - бутилен-1 - изобутилен-2 - метилбутан-1 - 2-метилбутилен-2 - пентен-2 - пропилен. Примерно в такой же последовательности увеличивается расход изобутана и серной кислоты. В связи с этим в промышленных условиях алкилируют изобутан смесью бутиленов, которая может быть получена во многих крупномонтажных вторичной переработки нефти: термическом и каталитическом крекинге, деструктивной перегонке тяжёлых остатков, коксовании, гидроформинге, гидрокрекинге.

---

Смесь, поступающая на алкилирование, содержит избыток изобутана по сравнению с олефинами. При использовании бутан-бутиленового сырья избыток изобутана составляет 10-15%. Часто принимают смесь пропилена и бутиленов, содержащую до 30% пропилена.

Продукцией процесса алкилирования, на примере серно-кислотного алкилирования, являются лёгкий и тяжёлый алкилаты, пропан, н-бутан, изобутан (при избыточном содержании в исходном сырье). Характеристика лёгкого алкилата (к.к. 180 ºС) ,используемого как высокооктановый компонент бензинов: плотность 690-720 кг/м³, октановое число 91-95 (по моторному методу), иодное число менее 1%, содержание фактических смол менее 2.

Тяжёлый алкилат, выкипающий в интервале температур 185-310 ºС, плотностью 790-810 кг/м³ применяется в качестве компонента дизельного топлива и растворителя для различных целей.

Промышленная реализация процессов кислотно-каталитического алкилирования основано на использовании катализаторов Н₂SО₄, HF и компонентов AlCl₃.

Серная кислота обладает значительно большей протонодонорной активностью, чем фтороводород - для 100% кислоты на два порядка выше. Однако уровень значений диэлектрических постоянных таков, что в обеих кислотах концентрация ионных пар незначительна, полярность растворителей обеспечивает независимость противоионов друг от друга. Значительно более высокие плотности, вязкость и поверхностное натяжение серной кислоты намного усложняют создание высокой поверхности раздела между фазами кислота - углеводороды по сравнению со фтороводородом. Особенно важным отличием фтороводорода является значительно большая (примерно на порядок) растворимость в нем изобутана. Скорость растворения алкенов в кислотах гораздо больше, чем изобутана.

В результате больших скорости растворения и растворимости изобутана во фтороводороде соотношение изобутан : алкен в реакционной зоне (в пленке кислоты, в которой идет реакция) значительно выше, чем в случае серной кислоты. Поэтому роль побочных реакций при применении в качестве катализатора фтороводорода меньше, чем при катализе серной кислотой. В результате выход основных продуктов реакции при фтороводородном алкилировании значительно выше, чем при сернокислотном. Значительно меньшая роль побочных реакций при фтороводородном алкилировании позволяет проводить процесс без искусственного охлаждения.

---

По мере использования кислот их концентрация снижается вследствие разбавления водой, содержащейся в сырье, и продуктами взаимодействия с углеводородами. Разбавление кислот водой снижает их протонодонорную активность очень сильно, разбавление углеводородными продуктами - в значительно меньшей степени. Поэтому для характеристики активности катализатора важна не столько концентрация кислоты, сколько содержание в ней воды. Серная кислота разбавляется водой не только содержащейся в сырье, но и образующейся в результате окисления углеводородов по реакции:

С_nН_2n + Н₂SО₄ → С_nН_2n-2 + 2Н₂O + SО_{2 .}

По мере использования серной кислоты в ней накапливаются, помимо воды, продукты окисления и сульфирования ненасыщенных углеводородов. 88-90 % кислоту выводят из процесса. Этот предел разбавления используемой серной кислоты определяется следующим. Во-первых, по мере накопления в кислоте воды ухудшается растворимость в ней изобутана. Во-вторых, разбавление кислоты вызывает опасность коррозии оборудования. Наконец, снижается протонодонорная активность кислоты. Все эти причины возникают, в первую очередь, в результате разбавления кислоты водой, и если доля воды в кислотной фазе мала, то концентрация используемой кислоты может быть и несколько ниже указанной. Верхний предел содержания серной кислоты составляет 98% и определяется тем, что кислота более концентрированная имеет высокую температуру кристаллизации и повышенную активность относительно окисления и сульфирования углеводородов.

В свежей серной кислоте изобутан растворяется хуже, чем в кислоте, разбавленной небольшим количеством продуктов сульфирования и окисления ненасыщенных углеводородов, образующихся в результате побочных реакций и растворяющихся в кислоте. Поэтому результаты алкилирования в первые часы работы свежей кислоты постепенно улучшаются и достигают максимальных при 95-96% кислоте. Растворимость изобутана в кислоте повышается, и результаты алкилирования улучшаются при добавлении к свежей кислоте органических продуктов, выделенных из отработанной кислоты. Применяют также специально синтезируемые добавки к кислоте, повышающие растворимость в ней изобутана. Расход серной кислоты в зависимости от параметров процесса составляет 60 - 250 кг/м³ алкилата.
1.2 Механизм алкилирования изобутана
Процесс алкилирования изобутана алкенами применяется в нефтеперерабатывающей промышленности с целью получения высокооктанового компонента товарного бензина.

---

Алкилирование алканов алкенами является равновесным экзотермическим процессом, обратным крекингу углеводородов:
RH + CH₂ = CHR' ↔ RR' - CH - CH₃ + Q , (Q = 75-96 кДж/моль).
Реакция смещается вправо при понижении температуры, при температуре 300°К процесс можно считать необратимым.

Из алканов к каталитическому алкилированию способны только изоалканы, имеющие третичный атом углерода. Алкены могут быть различными, но чаще используют н-бутилены, алкилирующие изобутан с образованием С₈Н₁₈, наиболее пригодным как компонент моторного топлива:
(CH₃)3CH+C₄H₈

(1)
Целевой продукт алкилирования - изооктан - содержит смесь изомеров - 2,2,4; 2,2,4-, 2,3,4-, 2,3,3 -триметилпентан. Причина лежит в особенностях механизма реакции, осложненной процессами изомеризации. Общепринято, что каталитическое алкилирование изоалканов идет через промежуточные образования ионов карбония.
.
Вторичный ион карбония менее устойчив, чем третичный, вследствие чего происходит быстрый обмен гидрид-ионом с изопарафином:
.
Образующийся третичный карбоний-катион реагирует с исходным олефином:
.
Получившийся ион карбония склонен к внутримолекулярным перегруппировкам, сопровождающимся миграцией водорода и метильных групп.


Источник: Козлов Б.И. Процессы алкилирования, изомеризации и полимеризации в нефтепереработке. -М. Химия, 2010.

Ионы карбония взаимодействуют с изобутаном, в результате чего получается С₈Н₁₈ и третичный бутил-катион:

Источник: Козлов Б.И. Процессы алкилирования, изомеризации и полимеризации в нефтепереработке. -М. Химия, 2010.
Состав изомеров зависит как от стабильности промежуточных карбоний-ионов, так и от обменной скорости с изобутаном.

Побочные реакции:



и т.д.
В результате побочных реакций получаются ненасыщенные полимеры, ухудшающие качество алкилата и ведущие к повышенному расходу катализатора.

---

Смотрите также файлы

• Валентина Григорьевна Смирнова 2014г Данная методическая разработка.docx

• 1. Финансы организаций сущность, функции и принципы организации.docx

• "алкалоид" происходит от двух слов арабского "алкали" (alcali) щелочь и греческого "ейдос" (eidos) подобный.doc

• Взаимосвязь описания бизнеспроцессов и моделирования управления персоналом Кириллов Андрей Владимирович.pptx

• День памяти и скорби.docx