Проведено моделирование и оптимизация процесса пиролиза прямогонного бензина с дополнительной подачей пропана. Добавление пропана в процесс пиролиза бензина компенсирует потребность в бензине, позволяет увеличить выход ценных олефинов и уменьшить выход побочных продуктов
бензин, пропан, пиролиз, математическая модель, этилен, пропилен
В настоящее время основным промышленным способом синтеза многотоннажного этилена и пропилена является пиролиз прямогонного бензина. Однако растущие потребности народного хозяйства в бензине и множество образующихся побочных продуктов снижают эффективность этого способа. Нами предложен способ получения этилена и пропилена пиролизом прямогонного бензина в присутствии водяного пара в трубчатом реакторе, отличающийся тем, что с целью экономии используемого бензина, а также увеличения выходов этилена и пропилена, процесс осуществляется при введении в систему вместо определенной части бензина дополнительного пропана. Добавление пропана в процесс пиролиза бензина компенсирует потребность в бензине, позволяет увеличить выход ценных олефинов, уменьшить выход кокса и побочных продуктов. Промышленная реализация данного способа требует его оптимального оформления. Оптимальное проектирование выполнялось согласно нижеприведённым последовательным этапам.
На первом этапе был осуществлён выбор и проверка адекватности математической модели процесса пиролиза прямогонного бензина, реализуемого на установке ЭП‑300 завода «Этилен‑Полиэтилен». Анализ литературных материалов показал, что для данного процесса целесообразно использовать модель, разработанную Ю.М. Жоровым [1] с учетом химического обобщения исходных веществ, продуктов реакции и наиболее существенных химических превращений. Адекватность данной модели была проверена на промышленной установке ЭП-300 Сумгаитского завода "Этилен-Полиэтилен" ПО «Азерхимия». Результаты данной проверки показали, что относительная погрешность покомпонентного состава продуктов пиролиза не превышает 4-5%.
На втором этапе на основе теоретически обоснованной математической модели пиролиза прямогонного бензина осуществлена оптимизация процесса, в качестве критерия оптимизации принят суммарный выход целевых продуктов (этилен + пропилен). Задача оптимизации была решена в программной среде Matlab с применением метода Нелдера–Мида. Найденные значения составили: температура в зоне реакции – 1123 К, давление на входе – 0,42 МПа, массовое отношение бензин : водяной пар – 1,5:1.
На третьем этапе разработана математическая модель процесса пиролиза пропана, основанная на суммарном стехиометрическом и брутто‑кинетическом уравнениях, а также на уравнениях теплового баланса и перепада давления [2].
На четвертом этапе на основе математической модели процесса пиролиза пропана осуществлена его оптимизация. Задача заключалась в определении оптимальной загрузки реактора пропаном с целью получения максимального выхода целевых продуктов. Значение этого показателя с ростом температуры увеличивается и для ранее найденной оптимальной температуры пиролиза бензина (1123 К) составляет 4000 кг/ч.
На пятом, заключительном этапе на основе полных математических моделей процессов пиролиза бензина и пропана был выполнен расчёт выхода целевых продуктов при их совместном пиролизе. Результаты исследования рассматриваемого процесса согласно найденным оптимальным режимным параметрам пиролиза бензина приведены в таблице.
Таблица
Сравнительный анализ результатов пиролиза бензина
и совместного пиролиза бензина с дополнительной подачей пропана
|
t,0C |
Время контакта, сек. |
Подаваемое сырье, кг/ч |
Выход продуктов, кг/ч |
||||||
|
Бензин |
Вод. пар |
Пропан |
Этилен |
Пропилен |
Этан |
Пропан |
ΣС4 |
||
|
850 |
1 |
16000 |
10500 |
– |
3980 |
2200 |
570 |
90 |
780 |
|
850 |
1 |
12000 |
10500 |
4000 |
4320 |
2440 |
610 |
730 |
490 |
1. Жоров, Ю.М. Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии. – М.: Химия, 1978.
2. Сафаров, А.Р. Mетод оптимального проектирования сложных химико-технологических систем на примере расчета химико-технологического комплекса по совместной переработке газов крекинга и пиролиза. – М.: Наука, 2024. – 398 с. – ISBN 978-5-02-041071-8.
