管式炉催化裂解

管式炉催化裂解管式炉催化裂解 一 用途及特点一 用途及特点 1 实验室管式炉催化裂解是测定石油烃类裂解反应和其他有机物裂解反应过程的有效手段 能根据实验 结果找出最适宜的操作条件 给工业操作提供可靠的参考数据 同时为放大提供必要的参数 2 该反应器内部装有催化裂解催化剂 内部插入热电偶套管 能测定床内任意位置的温度 结构简单 流程紧凑 反应操作灵活 性能可靠 装置是教学 科研 工业设计必备的设备之一 注 1 若反应器 内装催化裂化催化剂 可进行催化裂化反应 2 原料可以根据催化剂的性能自己选择 3 装置可根据用户的使用要求进行组合 如 原料为气体 液体 气液混合物 进料方式可以从反应管 上部进入 普通流程 亦可从反应管下部进入 特殊流程 不同进料方式在冷凝器的安装位置上也不同 使用中可方便地改变各接口位置 以达到所需要的操作方式 4 教学实验采用普通上加料的流程 不能改变加料位置 5 化工操作工中级培训及考核 操作工 仪表工 设备维修工等 二 技术指标二 技术指标 1 最大使用压力 0 25Mpa 热电偶套管 3mm 热电偶 1 5mm K 型 2 管式炉 12 18mm 四段加热自动控制 各段加热功率 1 5KW 最高使用温度 800 3 预热器直径 20mm 长 400mm 加热功率 1KW 4 湿式流量计 2L 5 两台电磁泵 流量 0 079 0 79L h 6 色谱仪 GC7700 TCD FID 双检测器 7 带控制 采集软件 可控制与采集系统温度数据 三 技能要求三 技能要求 1 了解石油烃类在管式炉高温条件下 热裂解的工作原理 巩固所学的有关动力学方面的知识 2 掌握设备中的液体加料系统的操作 3 在操作中学会控制液体空速 反应温度和开停车的方法 4 掌握温度的计算机数据采集和控制方法 掌握获的反应动力学数据的方法和手段 5 学会动力学数据的处理方法 根据动力学方程求出相应的参数值 四 流程与面板示意图四 流程与面板示意图 1 装置流程见图 1 图 1 流程示意图 2 面板布置见图 2 天大北洋 TY 05 05 TIC 06 TE TE 05 TIC 04 04 TY TE 04 TIC 03 03 TY TY 02 02 TIC 03 TE TI 01 TE 02 TE 01 TIC 01 01 TY V 2色谱系统 L 15 1 烷烃原料瓶 2 2 液体加料泵 3 贮水瓶 4 稳压阀 5 调节阀 6 6 压力计 7 7 转子流量计 8 缓冲器 9 预热器 10 预热炉 11 裂解反应器 12 加热炉 13 直管冷凝器 14 气液分离器 15 油水分离器 16 取样器 17 湿式流量计 18 气体钢瓶 19 减压器 PI 压力计 TIC 控温热电偶 TI 测温热电偶 L 六通阀 V 截止阀 计算机控制管式炉催化裂解流程示意图 五 裂解原料 裂解原理及操作条件对裂解的影响五 裂解原料 裂解原理及操作条件对裂解的影响 1 裂解原料 1 烃类裂解的目的主要是生产低级烯烃 如乙烯 丙烯 丁烯 等 2 烃类裂解原料按相态可分为气态原料和液态原料两大类 气态原料有油田伴生气 炼厂气和液 中1段 天津大学北洋化工实验设备公司 上段 预热 测温 预热上段 尾气取样口稳压进气调节 反应压力 中1段 中2段 下段 开关 压力表 压力表 管式炉催化裂解实训装置 中2段 下段测温 泵1泵2 化石油气等 液态原料有石脑油 轻柴油 减压柴油 原油等 按来源主要有两大方面的原料 一是 来自油田开采出来的原油和油田伴生气所含的乙烷 丙烷 丁烷等轻烃 来自气田开采出来的天然气及由 此分出的甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 凝析油等 二是来自炼油厂的一次加工油品 直馏汽油 柴油 和二次 加工油品 焦化汽油 柴油 催化裂化柴油 加氢裂化油 以及炼厂气 3 原料 正己烷 催化剂 2 裂解原理 石油烃热裂解就是以石油烃为原料 利用石油烃在高温下不稳定 易分解的性质 在隔绝空气和高温 条件下 使大分子的烃类发生断链和脱氢等反应 以制取低级烯烃的过程 烃类裂解的一次反应 所谓一次反应是指生成目的产物乙烯 丙烯等低级烯烃为主的反应 烷烃裂解的一次反应 断链反应 断链反应是 C C 链断裂反应 反应后产物有两个 一个是烷烃 一个是烯烃 其碳原子数都比原料 烷烃减少 其通式为 Cm nH2 m n 2 CnH2n CmH2m 2 脱氢反应 脱氢反应是 C H 链断裂的反应 生成的产物是碳原子数与原料烷烃相同的烯烃和氢气 其通式为 CnH2n 2 CnH2n H2 环烷烃的断链 开环 反应 环烷烃的热稳定性比相应的烷烃好 环烷烃热裂解时 可以发生 C C 链的断裂 开环 与脱氢反应 生成乙烯 丁烯和丁二烯等烃类 以环己烷为例 断链反应 2C3H6 C2H4 C4H6 H2 C2H4 C4H8 C4H6 H2 2 3 2 3 C4H6 C2H6 环烷烃的脱氢反应生成的是芳烃 芳烃缩合最后生成焦炭 所以不能生成低级烯烃 即不属于一次反应 芳烃的断侧链反应 芳烃的热稳定性很高 一般情况下 芳香烃不易发生断裂 所以由苯裂解生成乙烯的可能性 极小 但烷基芳烃可以断侧链生成低级烷烃 烯烃和苯 烯烃的断链反应 常减压车间的直馏馏份中一般不含烯烃 但二次加工的馏份油中可能含有烯烃 大分子烯烃在热裂解 温度下能发生断链反应 生成小分子的烯烃 例如 C5H10 C3H6 C2H4 烃类裂解的二次反应 所谓二次反应就是一次反应生成的乙烯 丙烯继续反应并转化为炔烃 二烯烃 芳烃直至生碳或结焦 的反应 烃类热裂解的二次反应比一次反应复杂 原料经过一次反应后 生成氢 甲烷和一些低分子量的烯烃 如乙烯 丙烯 丁二烯 异丁烯 戊烯等 氢和甲烷在裂解温度下很稳定 而烯烃则可以继续反应 主要的二次反应有 主要的二次反应有 低分子烯烃脱氢反应 C2H4 C2H2 H2 C3H6 C3H4 H2 C4H8 C4H6 H2 二烯烃叠合芳构化反应 2C2H4 C4H6 H2 C2H4 C4H6 C6H6 2H2 结焦反应 烃的生焦反应 要经过生成芳烃的中间阶段 芳烃在高温下发生脱氢缩合反应而形成多 环芳烃 它们继续发生多阶段的脱氢缩合反应生成稠环芳烃 最后生成焦炭 烯烃芳烃多环芳烃稠环芳烃焦 2 H 2 H 2 H 2 H 除烯烃外 环烷烃脱氢生成的芳烃和原料中含有的芳烃都可以脱氢发生结焦反应 生碳反应 在较高温度下 低分子烷烃 烯烃都有可能分解为碳和氢 这一过程是随着温度升高而分步进行的 如乙烯脱氢先生成乙炔 再由乙炔脱氢生成碳 CH2 CH2 CH CH 2C H2 因此 实际上生碳反应只有在高温条件下才可能发生 并且乙炔生成的碳不是断链生成单个碳原子 而是脱氢稠合成几百个碳原子 结焦和生碳过程二者机理不同 结焦是在较低温度下 927 通过芳烃缩合而成 生碳是在较高温 度下 927 通过生成乙炔的中间阶段 脱氢为稠合的碳原子 由此可以看出 一次反应是生产的目的 而二次反应既造成烯烃的损失 浪费原料又会生碳或结焦 致使设备或管道堵塞 影响正常生产 所以是不希望发生的 因此 无论在选取工艺条件或进行设计 都 要尽力促进一次反应 千方百计地抑制二次反应 3 操作条件对裂解的影响 裂解温度的影响 从自由基反应机理分析 在一定温度内 提高裂解温度有利于提高一次反应所得乙烯和丙烯的收率 停留时间的影响 由于二次反应每一种原料在某一特定温度下裂解时 都有一个得到最大乙烯收率的适宜停留时间 停 留时间过长 乙烯收率下降 压力对裂解反应的影响 降低压力有利于抑制二次反应 稀释剂和烃分压 在裂解气中添加稀释剂以降低烃分压 稀释剂可以是惰性气体或水蒸气 一般都是用水蒸气作为稀释 剂 注意 水蒸气的稀释比不宜过大 因为过大可使裂解炉的生产能力下降 能耗增加 极冷负荷加大 六六 操作步骤操作步骤 1 装置的安装与试漏 进入空气或氮气 卡死出口 冲压至 0 1MPa 5 分钟不下降为合格 否则要用毛刷涂肥皂水在各接 点涂拭 找出漏点重新处理后再次试漏 直至合格为止 打开卡死的管路 可进行实验 注意 在试漏前首先确定反应介质是气体还是液体或两者 如果仅仅是气体就要盲死液体进口接口 不然 在操作中有可能会从液体加料泵管线部位发生漏气 2 升温与温度控制 打开 H2发生器使压力达到 0 3MPa 并确认色谱检测中截气通过后启动色谱 柱温 110 汽化室 130 检测室温达到 120 待温度稳定后 打开热导池 微电流放大器开关 桥电流至 100mA 在色谱仪升温的同时 打开反应器温度控制器开关 升温 同时向冷却器通冷却水 预热器升温 至 400 反应器升温至 550 后 通过电磁泵将原料水打入预热器 通水 20 30 分钟后将裂解原料正己 烷通过电磁泵打入预热器 然后进反应器 反应后物料通过冷却器冷却 进气液分离器分离 尾气计量后 排空或 旋转六通阀取样 进色谱分析尾气组分 记录色谱处理的浓度值 预热器在 200 380 之间选四个温度 改变三次进料速度 测定各种条件下的数据 在分离器底部放出水与油 并计量 注意 注意 进料后观察预热温度和拉动反应器热电偶 找到最低温度点 稳定后再按等距离拉动热电偶 并记录各位置温度数据 本装置为四段加热控温 温度控制仪的参数较多 不能任意改变 因此在控制方法上必须详细 阅读控温仪表说明书后才能进行 控温受各段加热影响较大 应该较好的配合才能得到所需温度 最佳操 作方法是观察加热炉控制温度和内部温度的关系 反应前后微有差异 主要表现在预热器的温度变化 因 为预热器是靠管内测温的温度去控制加热 当加料时该温度有下降的趋势 但能自动调节到所给定的温度 范围值内 升温速度一般不要过快 加热功率百分数 OPH 开始时候要小一些 一般为 20 30 以后可逐 渐加大 过快 由于炉丝热量不能快速传给反应管 易造成炉丝烧毁现象 控制中段温度偏高一些 3 停车 停止正己烷进料 预热器和反应器降温 并继续通原料水 在温度降至 200 时再停进原料水 气液分离器内物料放净 试验结束后要用氮气吹扫和置换反应产物 停冷却水 关仪表电源和总电源 七 实验记录与数据处理 七 实验记录与数据处理 1 原始数据表 进料量温度 产物含量 实 验 号 ml hr色谱预热器 反应器 中断 乙烯烷烃水正己烷 2 41 6 120 2 42 6 120 2 43 6 120 2 4 4 120 6 2 数据处理 产物组成 mol 实 验 号 反应 温度 进料 量 ml hr 乙烯烷烃水正己烷 正己烷转 化率 乙烯收 率 CAK 2 4 1 6 2 4 2 6 2 43 6 2 44 6 fM 乙烯烷烃水正己烷 注 fM 热导检测器的摩尔校正因子 E K0 计算 a m f ij mi fc fc Xi 1 b 正己烷转化率 原料乙醇量 产物中乙醇量原料乙醇量 c 乙烯的收率 原料乙醇量 生成的乙烯量 d 正己烷的进料速度 e 乙烯生成速率 催化剂用量 乙烯收率乙醇进料速率 f 反应时正己烷的浓度 T A A R P C g 生成乙烯反应的速率常数 A C K h 将 K 取对数 lnK 并取流量 2 4 6ml hr 的 lnK 平均值计算和作图 以 1 T 为横坐标 以 lnK 为纵坐标作图 由图得 lnK0 2 K0 0 1353 求 E 3 物料衡算 八 注意事项八 注意事项 1 一定要熟悉仪器的使用方法 为防止乱动仪表参数 参数调好后可将 Loc 参数改为新值 即锁住各参 数 使用仪表前一定要仔细阅读使用 AI 人工智能工业调节器说明书 否则不可以操作 2 升温操作一定要有耐心 不能忽高忽低乱改乱动 3 流量的调节要随时观察及时调节 否则温度也不容易稳定 4 不使用时 应将湿式流量计的水放净 使用时倒入蒸馏水 应将装置放在干燥通风的地方 如果再次 使用 一定 在低电流下通电加热一段时间以除去加热炉保温材料吸附的水分 5 每次试验后一定要将分离器的液体放净 6 使用设备必须有接地线 并检查接地线是否连接正确 九 故障处理九 故障处理 1 开启电源开关指示灯不亮 并且没有交流接触器吸合声 则保险坏或电源线没有接好 2 开启仪表各开关时指示灯不亮 并且没有继电器吸合声 则分保险坏或接线有脱落的地方 3 开启电源开关有强烈的交流震动声 则是