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Punto di ebollizione del propano in funzione della pressione. Confronto tra gas di petrolio liquefatto (GPL) e gas naturale liquefatto (GNL)

Gas di idrocarburi liquefatti - propano-butano, di seguito GPL - miscele di idrocarburi che, quando condizioni normali sono allo stato gassoso, e con un leggero aumento di pressione e temperatura costante o una leggera diminuzione di temperatura e pressione atmosferica, passano dallo stato gassoso allo stato liquido.

Il GPL è una miscela propano-butano. La composizione del gas liquefatto comprende anche in piccole quantità: propilene, butilene, etano, etilene, metano e un residuo liquido non evaporante - pentano, esano.

Le materie prime per la produzione di GPL sono principalmente gas associati al petrolio, depositi di gas condensati e gas ottenuti nel processo di raffinazione del petrolio.

Dagli impianti GPL nei serbatoi ferroviari passa alle stazioni di rifornimento di gas (GFS) degli impianti a gas, dove viene stoccato in appositi serbatoi fino al rilascio ai consumatori. Il GPL viene consegnato ai consumatori in bombole o autocisterne -

introduzione

Gas di idrocarburi liquefatti (LHG) - una miscela di idrocarburi leggeri liquefatti sotto pressione con un punto di ebollizione compreso tra 50 e 0 ° C. Progettato per l'uso come carburante. Componenti principali: propano, propilene, isobutano, isobutilene, n-butano e butilene.

È prodotto principalmente dal gas di petrolio associato. Viene trasportato e immagazzinato in bombole e contenitori di gas. Viene utilizzato per cucinare, bollire l'acqua, riscaldare, utilizzato negli accendini, come carburante per i veicoli.

Gas di idrocarburi liquefatti(propano-butano, di seguito GPL) - miscele di idrocarburi che in condizioni normali si trovano allo stato gassoso, e con un leggero aumento di pressione o un leggero abbassamento di temperatura, passano dallo stato gassoso a quello liquido.

I componenti principali del GPL sono propano e butano. Il propano-butano (gas di petrolio liquefatto, GPL, in inglese - gas di petrolio liquefatto, GPL) è una miscela di due gas. La composizione del gas liquefatto comprende anche in piccole quantità: propilene, butilene, etano, etilene, metano e un residuo liquido non evaporante (pentano, esano).

Le materie prime per la produzione di GPL sono principalmente gas associati al petrolio, depositi di gas condensati e gas ottenuti nel processo di raffinazione del petrolio. raffineria di propano di idrocarburi liquefatti

Dagli impianti di GPL nei serbatoi ferroviari passa alle stazioni di rifornimento di gas (GFS) degli impianti a gas, dove viene immagazzinato in appositi serbatoi fino alla vendita (rilascio) ai consumatori. Il GPL viene consegnato ai consumatori in bombole o autocisterne.

Nei recipienti (serbatoi, serbatoi, bombole) per lo stoccaggio e il trasporto, il GPL è contemporaneamente in 2 fasi: liquido e vapore. Il GPL viene immagazzinato e trasportato in forma liquida sotto pressione, creata dai suoi stessi vapori gassosi. Questa proprietà rende il GPL una comoda fonte di approvvigionamento di carburante per i consumatori domestici e industriali, perché il gas liquefatto durante lo stoccaggio e il trasporto sotto forma di liquido occupa un volume centinaia di volte inferiore rispetto al gas allo stato naturale (gassoso o vaporoso), viene distribuito attraverso gasdotti e utilizzato (bruciato) in forma gassosa.

Gas di idrocarburi liquefatti (LHG) sono costituiti da semplici composti di idrocarburi, che sono sostanze organiche contenenti nella loro composizione 2 elementi chimici: carbonio (C) e idrogeno (H). Gli idrocarburi differiscono l'uno dall'altro per il numero di atomi di carbonio e idrogeno nella molecola, nonché per la natura dei legami tra di loro.

Il gas liquefatto commerciale deve essere costituito da idrocarburi, che sono gas in condizioni normali e con un aumento relativamente piccolo di pressione e temperatura ambiente o una leggera diminuzione della temperatura alla pressione atmosferica, passano dallo stato gassoso allo stato liquido.

L'idrocarburo più semplice contenente un solo atomo di carbonio è il metano (CH 4). È il componente principale dei gas combustibili naturali e artificiali. Il prossimo carbonio di questa serie - etano (C 2 H 6) - ha 2 atomi di carbonio. Un idrocarburo con tre atomi di carbonio è propano (C 3 H 8) e con quattro - butano (C 4 H 10).

Tutti gli idrocarburi di questo tipo hanno formula generale C n H 2n+2 e portare a serie omologa idrocarburi saturi - composti in cui il carbonio è saturo al limite con atomi di idrogeno. In condizioni normali, solo metano, etano, propano e butano sono gas di idrocarburi saturi.

Per ottenere gas liquefatti sono attualmente molto utilizzati i gas naturali estratti dalle viscere della Terra, che sono una miscela di vari idrocarburi, principalmente della serie del metano (idrocarburi saturi). I gas naturali provenienti dai giacimenti di gas puro sono per lo più metano e sono magri o secchi; gli idrocarburi pesanti (dal propano in su) contengono meno di 50 g/cm 3 . Gas associati emessi dai pozzi campi petroliferi Insieme al petrolio, oltre al metano, contengono una notevole quantità di idrocarburi più pesanti (solitamente più di 150 g/m3) e sono grassi. I gas prodotti dai depositi di condensa sono costituiti da una miscela di gas secco e vapore di condensa. I vapori di condensa sono una miscela di vapori di idrocarburi pesanti (C3, C4, benzina, nafta, cherosene). Negli impianti di trattamento del gas, la frazione propano-butano viene separata dai gas associati.

WFLH - un'ampia frazione di idrocarburi leggeri, comprende principalmente una miscela di idrocarburi leggeri delle frazioni di etano (C 2) ed esano (C 6). In generale, una composizione tipica di NGL è la seguente: etano dal 2 al 5%; frazioni gassose liquefatte C 4 -C 5 40-85%; frazione esano C 6 dal 15 al 30%, la frazione pentano rappresenta il resto.

Dato l'uso diffuso del GPL nell'industria del gas, è necessario soffermarsi più in dettaglio sulle proprietà del propano e del butano.

Il propamn è una sostanza organica della classe degli alcani. Contenuto nel gas naturale, formatosi durante il cracking dei prodotti petroliferi. Formula chimica C 3 H 8 (figura 1). Gas incolore, inodore, poco solubile in acqua. Punto di ebollizione?42.1C. Forma miscele esplosive con l'aria a concentrazioni di vapore dal 2,1 al 9,5%. La temperatura di autoaccensione del propano in aria a una pressione di 0,1 MPa (760 mm Hg) è di 466 °C.

Il propano viene utilizzato come combustibile, componente principale dei cosiddetti gas idrocarburici liquefatti, nella produzione di monomeri per la sintesi del polipropilene. È la materia prima per la produzione di solventi. Nell'industria alimentare, il propano è registrato come additivo alimentare E944, come propellente.

Butamn (C 4 H 10) è un composto organico della classe degli alcani. In chimica, il nome è usato principalmente per riferirsi al n-butano. Formula chimica C4H10 (Fig. 1). La miscela di n-butano e il suo isomero isobutano CH(CH 3) 3 ha lo stesso nome. Gas incolore, infiammabile, inodore, facilmente liquefatto (sotto 0 °C e pressione normale, oppure a pressione elevata e temperatura normale, liquido altamente volatile). Contenuto in gas condensato e gas di petrolio (fino al 12%). È un prodotto del cracking catalitico e idrocatalitico delle frazioni petrolifere.

La produzione sia di gas liquefatto che di NGL viene effettuata a spese delle seguenti tre fonti principali:

? imprese di produzione di petrolio - la produzione di GPL e NGL avviene durante la produzione di petrolio greggio durante la lavorazione del gas associato (legato) e la stabilizzazione del petrolio greggio;
? imprese di produzione di gas - l'ottenimento di GPL e NGL avviene durante la lavorazione primaria del gas di pozzo o della stabilizzazione del gas libero e della condensa;
? raffinerie di petrolio - la produzione di gas liquefatto e NGL simili avviene durante la lavorazione del greggio nelle raffinerie. In questa categoria, NGL è costituito da una miscela di frazioni butano-esano (C4-C6) con una piccola quantità di etano e propano.

Il vantaggio principale del GPL è la possibilità della loro esistenza a temperatura ambiente e pressioni moderate, sia allo stato liquido che gassoso. Allo stato liquido sono facilmente lavorabili, stoccati e trasportati, allo stato gassoso hanno una migliore caratteristica di combustione.

Lo stato dei sistemi di idrocarburi è determinato da una combinazione di influenze di vari fattori, pertanto, per una caratterizzazione completa, è necessario conoscere tutti i parametri. I principali parametri che possono essere misurati direttamente e influenzano i regimi di flusso del GPL includono pressione, temperatura, densità, viscosità, concentrazione dei componenti e rapporto di fase.

Il sistema è in equilibrio se tutti i parametri rimangono invariati. In questo stato, non ci sono cambiamenti qualitativi e quantitativi visibili nel sistema. Un cambiamento in almeno un parametro viola lo stato di equilibrio del sistema, provocandolo

o qualche altro processo.

Durante lo stoccaggio e il trasporto, i gas liquefatti cambiano costantemente il loro stato di aggregazione, parte del gas evapora e si trasforma in uno stato gassoso e parte si condensa, trasformandosi in uno stato liquido. Nei casi in cui la quantità di liquido evaporato è uguale alla quantità di vapore condensato, il sistema liquido-gas raggiunge l'equilibrio e il vapore sopra il liquido si satura e la loro pressione è chiamata pressione di saturazione o tensione di vapore.

pressione e temperatura. La pressione di un gas è il risultato totale della collisione delle molecole contro le pareti di un recipiente occupato da questo gas.

L'elasticità (pressione) del vapore di gas saturo * p p è il parametro più importante con cui viene determinata la pressione di esercizio in serbatoi e bombole. La temperatura del gas determina il grado del suo riscaldamento, ad es. una misura dell'intensità del movimento delle sue molecole. La pressione e la temperatura dei gas liquefatti corrispondono strettamente l'una all'altra.

La tensione di vapore del GPL - liquido saturo (bollente) - varia in proporzione alla temperatura della fase liquida (vedi Fig. I-1) ed è un valore strettamente definito per una data temperatura. Tutte le equazioni relative ai parametri fisici di una sostanza gassosa o liquida includono la pressione e la temperatura assolute e le equazioni per i calcoli tecnici (resistenza delle pareti di cilindri, serbatoi) includono la sovrappressione.

La tensione di vapore del GPL aumenta all'aumentare della temperatura e diminuisce al diminuire della temperatura.

Questa proprietà dei gas liquefatti è uno dei fattori determinanti nella progettazione dei sistemi di stoccaggio e distribuzione. Quando un liquido bollente viene prelevato dai serbatoi e trasportato attraverso una tubazione, parte del liquido evapora a causa delle perdite di carico, si forma un flusso bifase, la cui tensione di vapore dipende dalla temperatura di flusso, che è inferiore alla temperatura in il serbatoio. Nel caso in cui il movimento di un liquido bifase attraverso la tubazione si arresti, la pressione in tutti i punti si equalizza e diventa uguale alla tensione di vapore.

I gas di idrocarburi liquefatti vengono trasportati in serbatoi ferroviari e stradali, immagazzinati in serbatoi di vari volumi in uno stato di saturazione: il liquido bollente è posto nella parte inferiore dei vasi e i vapori saturi secchi sono nella parte superiore (Fig. 2). Quando la temperatura nei serbatoi diminuisce, parte dei vapori si condenserà, cioè la massa del liquido aumenta e la massa del vapore diminuisce, si verifica un nuovo stato di equilibrio. All'aumentare della temperatura, si verifica il processo inverso fino a quando le fasi non sono in equilibrio alla nuova temperatura. Pertanto, i processi di evaporazione e condensazione avvengono in serbatoi e tubazioni, che in mezzi bifase procedono a pressione e temperatura costanti, mentre le temperature di evaporazione e condensazione sono uguali.

Figura 2. Stati di fase dei gas liquefatti durante lo stoccaggio.

IN condizioni reali I gas liquefatti contengono una certa quantità di vapore acqueo. Inoltre, la loro quantità nei gas può aumentare fino alla saturazione, dopodiché l'umidità dei gas precipita sotto forma di acqua e si mescola con idrocarburi liquidi fino al grado limite di solubilità, quindi viene rilasciata acqua libera, che si deposita nei serbatoi. La quantità di acqua nel GPL dipende dalla composizione degli idrocarburi, dallo stato termodinamico e dalla temperatura. È stato dimostrato che se la temperatura del GPL viene ridotta di 15-30 0 C, la solubilità dell'acqua diminuirà di 1,5-2 volte e l'acqua libera si accumulerà sul fondo del serbatoio o cadrà sotto forma di condensa nelle condutture. L'acqua accumulata nei serbatoi deve essere periodicamente rimossa, altrimenti può arrivare al consumatore o portare al guasto dell'apparecchiatura.

Secondo i metodi di prova del GPL, viene determinata la presenza di sola acqua libera, è consentita la presenza di acqua disciolta.

All'estero esistono requisiti più stringenti per la presenza di acqua nel GPL e la sua quantità, tramite filtrazione, viene portata allo 0,001% in peso. Ciò è giustificato, poiché l'acqua disciolta nei gas liquefatti è un inquinante, perché anche a temperature positive forma composti solidi sotto forma di idrati.

Densità. Massa per unità di volume, ad es. il rapporto tra la massa di una sostanza a riposo e il volume che occupa è chiamato densità (notazione). L'unità di densità nel sistema SI è il chilogrammo per metro cubo (kg / m 3). Generalmente

Quando si spostano gas liquefatti con una pressione inferiore alla tensione di vapore, ad es. quando si spostano flussi bifase, per determinare la densità in un punto, è necessario utilizzare il limite del rapporto:

In numerosi calcoli, soprattutto nel campo della termodinamica dei gas e delle miscele gas-liquido, si deve spesso utilizzare il concetto di densità relativa d - il rapporto tra la densità di una data sostanza e la densità di una data sostanza rispetto alla densità di una sostanza, presa come specifica o standard c,

Per le sostanze solide e liquide, viene presa come standard la densità dell'acqua distillata a una pressione di 760 mm Hg. e una temperatura di 3,98ºС (999,973 kg / m 3 1 t / m 3), per i gas - la densità dell'aria atmosferica secca a una pressione di 760 mm Hg. e una temperatura di 0 ºС (1,293 kg / m 3).

La figura I-2 mostra le curve di densità delle fasi liquida satura e vapore dei principali componenti dei gas liquefatti in funzione della temperatura. Il punto nero su ogni curva indica la densità critica. Questo punto di flesso della curva di densità corrisponde alla temperatura critica alla quale la densità della fase vapore è uguale alla densità della fase liquida. Il ramo della curva situato sopra il punto critico fornisce la densità della fase liquida satura e sotto - il vapore saturo. I punti critici degli idrocarburi saturi sono collegati da una linea continua e quelli degli idrocarburi insaturi da una linea tratteggiata. La densità può anche essere determinata dai diagrammi di stato. IN vista generale la dipendenza della densità dalla temperatura è espressa successivamente

T \u003d T0 + (T-T 0) + (T-T 0) 2 + (T-T 0) 2 ±.

L'influenza del terzo e degli altri membri di questa serie sul valore di densità dovuto a piccoli valori è insignificante, quindi, con una precisione abbastanza sufficiente per i calcoli tecnici, può essere trascurata. Poi

T \u003d T0 + (T-T 0)

Dove = 1,354 per propano, 1,068 per n-butano, 1,145 per isobutano.

La variazione relativa del volume di un liquido con una variazione di temperatura di un grado è caratterizzata dal coefficiente di temperatura dell'espansione volumetrica, W, che per i gas liquefatti (propano e butano) è molte volte maggiore rispetto ad altri liquidi.

Propano - 3,06 * 10 -3;

Butano - 2,12 * 10 -3;

Cherosene - 0,95 * 10 -3;

Acqua - 0,19 * 10 -3;

Quando la pressione aumenta, la fase liquida di propano e butano viene compressa. Il suo grado di compressione è stimato dal coefficiente di compressibilità volumetrica vszh, la cui dimensione è inversa alla dimensione della pressione.

Volume specifico. Il volume di un'unità di massa di una sostanza è chiamato volume specifico (designazione). L'unità di volume specifico nel sistema SI è un metro cubo per chilogrammo (m 3 / kg)

Il volume specifico e la densità sono reciproci, cioè

A differenza della maggior parte dei liquidi, che cambiano leggermente il loro volume con le variazioni di temperatura, la fase liquida dei gas liquefatti aumenta il suo volume abbastanza bruscamente con l'aumentare della temperatura (15 volte più dell'acqua). Quando si riempiono serbatoi e bombole, bisogna tenere conto del possibile aumento del volume del liquido (Fig. I-3).

Comprimibilità. Stimato dal coefficiente di compressione volumetrica, m 3 / n,

Il reciproco di p è chiamato modulo di elasticità e si scrive come segue:

La compressibilità dei gas liquefatti rispetto ad altri liquidi è molto significativa. Quindi, se la compressibilità dell'acqua (48,310 -9 m 2 / n) viene presa come 1, la compressibilità dell'olio è 1,565, la benzina è 1,92 e il propano è 15,05 (rispettivamente 75,5610 -9, 92,7910 -9 e 727, 4410 -9 m2/n).

Se la fase liquida occupa l'intero volume del serbatoio (cilindro), quando la temperatura aumenta, non ha nessun posto dove espandersi e inizia a restringersi. La pressione nel serbatoio in questo caso aumenta di una quantità, N / m 2,

dove t è la differenza di temperatura della fase liquida, .

L'aumento della pressione nel serbatoio (cilindro) con un aumento della temperatura ambiente non deve superare il valore calcolato consentito, altrimenti è possibile un incidente. Pertanto, durante il riempimento, è necessario prevedere un cuscino di vapore di una certa dimensione, ad es. riempire il serbatoio non completamente. Occorre quindi conoscere il grado di riempimento, determinato dalla relazione

Se è necessario scoprire quale differenza di temperatura è consentita con il riempimento esistente, può essere calcolata utilizzando la formula:

Parametri critici. I gas possono essere convertiti allo stato liquido mediante compressione, se la temperatura non supera un certo valore caratteristico di ciascun gas omogeneo. La temperatura al di sopra della quale un dato gas non può essere liquefatto da alcun aumento di pressione è detta temperatura critica del gas (Tcr). La pressione necessaria per liquefare un gas a una temperatura critica è chiamata pressione critica (p cr). Il volume di gas corrispondente alla temperatura critica è chiamato volume critico (Vcr) e lo stato del gas, determinato dalla temperatura critica, dalla pressione e dal volume, è chiamato stato critico del gas. La densità del vapore sul liquido nello stato critico diventa uguale alla densità del liquido.

Il principio degli stati corrispondenti. Di solito, per riassumere i dati sperimentali sullo studio vari processi e le sostanze utilizzano sistemi di criteri basati sull'analisi delle equazioni del moto, della conduzione del calore, ecc. Per utilizzare tali equazioni di somiglianza, sono necessarie tabelle delle proprietà fisiche dei mezzi di lavoro. L'imprecisione nella determinazione delle proprietà fisiche o la loro assenza non consente di utilizzare le equazioni di somiglianza. Ciò è particolarmente vero per i fluidi di lavoro scarsamente studiati, in particolare per i gas di idrocarburi liquefatti, sulle cui proprietà fisiche esistono dati piuttosto contraddittori in letteratura, spesso a pressioni e temperature casuali. Allo stesso tempo, ci sono dati accurati sui parametri critici e sul peso molecolare della sostanza. Ciò consente, utilizzando i parametri dati e la legge degli stati corrispondenti, confermata da numerosi studi e teoricamente comprovata dalla moderna teoria cinetica della materia, di determinare parametri sconosciuti.

Per sostanze termodinamicamente simili e gas di idrocarburi liquefatti sono termodinamicamente simili, le equazioni di stato ridotte, cioè le equazioni di stato scritte in parametri adimensionali (ridotti) (ð pr = ð/ð cr =) hanno la stessa forma. In tempi diversi, vari autori hanno proposto fino a cinquanta equazioni di stato per sostanze reali. La più famosa e comunemente usata è l'equazione di van der Waals:

dove a e b sono costanti inerenti a un dato composto chimico;

Espressi i parametri del gas in quantità ridotte adimensionali, si può stabilire che per i gas esiste un'equazione generale di stato che non contiene grandezze che caratterizzano questo gas:

F(r pr, T pr, V pr) = 0.

Le leggi dello stato dei gas sono valide solo per un gas ideale, pertanto, nei calcoli tecnici relativi ai gas reali, vengono utilizzate con gas reali entro un intervallo di pressione di 2-10 kgf / cm 2 e a temperature superiori a 0. Il grado di deviazione dalle leggi dei gas ideali è caratterizzato da un coefficiente di compressibilità Z = (Fig. 1-4 - 1-6). Può essere utilizzato per determinare il volume specifico se la pressione e la temperatura sono note o la pressione se il volume e la temperatura specifici sono noti. Conoscendo il volume specifico, puoi determinare la densità.

Peso specifico. Il peso di un'unità di volume di una sostanza, ad es. il rapporto tra il peso (gravità) di una sostanza e il suo volume è chiamato peso specifico (designazione. Nel caso generale, dove G è il peso (gravità della sostanza, V volume, m 3. Unità di peso specifico in SI = newton per metro cubo (n / m 3) Il peso specifico dipende dall'accelerazione di gravità nel punto della sua definizione e, quindi, è un parametro della materia.

Calore di combustione. La quantità di calore che viene rilasciata durante la combustione completa di un'unità di massa o volume di gas è chiamata calore di combustione (notazione Q). L'unità di misura del calore di combustione nel SI è il joule per chilogrammo (j/kg) o il joule per metro cubo (j/m3).

Temperatura di accensione. La temperatura minima alla quale la miscela gas-aria deve essere riscaldata affinché abbia inizio il processo di combustione (reazione di combustione) si chiama temperatura di accensione. Non è un valore costante e dipende da molte ragioni: il contenuto di gas combustibile nella miscela gas-aria, il grado di omogeneità della miscela, le dimensioni e la forma del recipiente in cui viene riscaldata, la velocità e il metodo di riscaldamento della miscela, la pressione alla quale si trova la miscela, ecc.

Limiti di infiammabilità del gas. Le miscele gas-aria possono accendersi (esplodere) solo se il contenuto di gas nell'aria (o ossigeno) è entro certi limiti, oltre i quali queste miscele non bruciano spontaneamente (senza un costante afflusso di calore dall'esterno). L'esistenza di questi limiti si spiega con il fatto che all'aumentare del contenuto di aria o gas puro nella miscela gas-aria, la velocità di propagazione della fiamma diminuisce, le perdite di calore aumentano e la combustione si arresta. All'aumentare della temperatura della miscela gas-aria, i limiti di infiammabilità si espandono.

Capacità termica. La quantità di calore necessaria per modificare di un grado la temperatura di un corpo o di un sistema è detta capacità termica del corpo o del sistema (notazione C). L'unità nel SI è il joule per grado Kelvin (J/K). 1 j / K - 0,2388 cal / K \u003d 0,2388 * 10 -3 kcal / K.

Nei calcoli pratici si distinguono la capacità termica media e quella reale, a seconda dell'intervallo di temperatura in cui viene determinata. La capacità termica media C m è un valore determinato in un intervallo di temperatura finito, cioè

Con m \u003d q / (t 2 -t 1).

La vera capacità termica è il valore determinato in un dato punto (per dati p e T o e T), cioè

Esistono capacità termiche determinate a pressione costante (C p) oa volume costante (C v).

Conduttività termica. La capacità di una sostanza di trasmettere energia termica chiamata conducibilità termica. È determinato dalla quantità di calore Q che passa attraverso una parete con un'area F di spessore per un periodo di tempo a una differenza di temperatura t 2 -t 1, cioè

dove è il coefficiente di conducibilità termica che caratterizza le proprietà di conduzione del calore di una sostanza, W / (m * K) o kcal / (m * h * C).

Viscosità- questa è la capacità di gas o liquidi di resistere alle forze di taglio, dovute alle forze di adesione tra le molecole di una sostanza. La forza di resistenza allo scorrimento o al taglio F, e derivante dal movimento di due strati adiacenti di liquido o gas, è proporzionale alla variazione (gradiente) della velocità lungo l'asse normale alla direzione del flusso del liquido dal gas, cioè.

dove - coefficiente di proporzionalità, ns / m 2 (in SI); si chiama coefficiente di viscosità dinamica (attrito interno) o viscosità dinamica; dw è il gradiente di velocità in due strati adiacenti posti a distanza dy.

In molti calcoli tecnici viene utilizzata la viscosità cinematica, che è il rapporto tra la viscosità dinamica di un liquido o gas e la loro densità, ad es. =/. L'unità di viscosità cinematica nel SI è il metro quadrato al secondo (m2/sec).

La viscosità della fase liquida diminuisce con l'aumentare della temperatura, mentre la viscosità del gas e del vapore aumenta.

Numero di ottani il gas combustibile è superiore a quello della benzina, quindi la resistenza all'urto del gas liquefatto è maggiore anche di quella della benzina di altissima qualità. Il numero medio di ottano del gas liquefatto - 105 - è irraggiungibile per qualsiasi marca di benzina. Ciò consente di ottenere una maggiore efficienza nell'uso del combustibile in una caldaia a gas.

Diffusione. Il gas si miscela facilmente con l'aria e brucia in modo più uniforme. La miscela di gas brucia completamente, quindi non si forma fuliggine nei forni e sugli elementi riscaldanti.

pressione nel contenitore. In un recipiente chiuso, il GPL forma un sistema bifase costituito da fasi liquide e vapore. La pressione nel recipiente dipende dalla pressione del vapore saturo, che a sua volta dipende dalla temperatura della fase liquida e percentuale propano e butano in esso. La tensione di vapore saturo caratterizza la volatilità del GPL. La volatilità del propano è superiore a quella del butano, pertanto la sua pressione a basse temperature è molto più elevata. Calcoli ed esperimenti hanno stabilito che a basse temperature ambiente è più efficiente utilizzare GPL con un alto contenuto di propano, poiché ciò garantisce un'evaporazione affidabile del gas, e quindi la sufficienza del gas per il consumo di gas. Inoltre, una sovrapressione sufficiente nel serbatoio garantirà un'affidabile fornitura di gas alla caldaia in caso di forti gelate. A temperature ambiente elevate positive, è più efficiente utilizzare GPL con un contenuto di propano inferiore, poiché in questo caso si creerà una notevole sovrapressione nel serbatoio, che può causare l'intervento della valvola di scarico. Oltre al propano e al butano, il GPL contiene una piccola quantità di metano, etano e altri idrocarburi che possono modificare le proprietà del GPL. Durante il funzionamento del serbatoio può formarsi condensa non evaporabile, che influisce negativamente sul funzionamento delle apparecchiature a gas.

Variazione del volume della fase liquida durante il riscaldamento. I regolamenti della Commissione economica per l'Europa delle Nazioni Unite prevedono l'installazione di un dispositivo automatico che limiti il riempimento del contenitore all'85% del suo volume. Questo requisito è spiegato dal grande coefficiente di espansione volumetrica della fase liquida, che è 0,003 per il propano e 0,002 per il butano per 1°C di aumento della temperatura del gas. Per confronto: il coefficiente di espansione del propano è 15 volte e il butano è 10 volte maggiore di quello dell'acqua.

Variazione del volume del gas durante l'evaporazione. Quando il gas liquefatto evapora, si formano circa 250 litri. gassoso. Pertanto, anche una piccola perdita di GPL può essere pericolosa, poiché il volume del gas durante l'evaporazione aumenta di 250 volte. La densità della fase gassosa è 1,5-2,0 volte maggiore della densità dell'aria. Questo spiega il fatto che in caso di fughe il gas difficilmente si disperde nell'aria, soprattutto in al chiuso. I suoi vapori possono accumularsi in recessi naturali e artificiali, formando una miscela esplosiva. SNiP 42-01-2002 prevede l'installazione obbligatoria di un analizzatore di gas che dia un segnale alla valvola di intercettazione per chiudersi in caso di accumulo di gas a una concentrazione del 10% della concentrazione esplosiva.

Odore. Il gas stesso praticamente non ha odore, quindi, per sicurezza e diagnosi tempestiva delle fughe di gas da parte degli organi olfattivi umani, vengono aggiunte piccole quantità di sostanze dall'odore forte. A frazione di massa lo zolfo mercaptano inferiore allo 0,001% di GPL deve essere odorizzato. Per l'odorizzazione viene utilizzato l'etilmercaptano (С2Н5SH), che è un liquido dall'odore sgradevole con una densità di 0,839 kg/l e un punto di ebollizione di 35°C. Soglia di sensibilità all'odore 0,00019 mg/l, concentrazione massima consentita nell'aria area di lavoro 1mg/m3. Nel caso in cui la tossicità sia normale o leggermente inferiore alla norma, l'odore dell'odorizzante non si avverte praticamente e non si osserva il suo accumulo nella stanza.

Conclusione

Pertanto, è possibile riassumere ed evidenziare le principali proprietà delle miscele propano-butano che influenzano le condizioni per il loro stoccaggio, trasporto e misurazione.

1. I gas di idrocarburi liquefatti sono liquidi bassobollenti in grado di trovarsi allo stato liquido sotto pressione di vapore saturo.

Temperatura di ebollizione:

Propano -42 0 С;

Butano - 0,5 0 C.

2. In condizioni normali, il volume del propano gassoso è 270 volte maggiore del volume del propano liquefatto.
3. I gas di idrocarburi liquefatti sono caratterizzati da un elevato coefficiente di dilatazione termica.
4. Il GPL è caratterizzato da bassa densità e viscosità rispetto ai prodotti petroliferi leggeri.
5. Instabilità dello stato aggregato del GPL durante il flusso attraverso le tubazioni a seconda della temperatura, della resistenza idraulica, dei passaggi condizionali irregolari.
6. Il trasporto, lo stoccaggio e la misurazione del GPL è possibile solo attraverso sistemi chiusi (sigillati), progettati, di norma, per una pressione di esercizio di 1,6 MPa.
7. Le operazioni di pompaggio e misurazione richiedono l'uso di equipaggiamento speciale, materiali e tecnologie.

In tutto il mondo, i sistemi e le apparecchiature per gli idrocarburi, nonché la disposizione degli impianti tecnologici, sono soggetti a requisiti e regole uniformi.

Il gas liquefatto è un fluido newtoniano, quindi i processi di pompaggio e misurazione sono descritti dalle leggi generali dell'idrodinamica. Ma la funzione dei sistemi di idrocarburi non è solo quella di spostare semplicemente il liquido e misurarlo, ma anche di garantire che l'influenza del "negativo" proprietà fisiche e chimiche SUG.

Fondamentalmente, i sistemi di pompaggio del GPL differiscono poco dai sistemi per acqua e prodotti petroliferi e, tuttavia, è necessario equipaggiamento opzionale, che garantisce le caratteristiche qualitative e quantitative della misura.

In base a ciò, l'impianto tecnologico degli idrocarburi, come minimo, deve comprendere un serbatoio, una pompa, un separatore di gas, un contatore, una valvola differenziale, una valvola di intercettazione o regolazione, e dispositivi di sicurezza contro la sovrapressione o la portata.

Caratteristiche dell'uso del gas di petrolio liquefatto (GPL) sotto forma di una miscela di propano con butano e il suo omologo gas naturale liquefatto (GNL) metano nelle apparecchiature per palloncini a gas per automobili.

In largo uso per le automobili, due composizioni di gas sono il propano e il metano. Quale è migliore, più economico, tecnologicamente più avanzato e più affidabile? Scopriamolo in modo che dopo aver letto non ci siano dubbi.

L'impianto a metano è utilizzato solo nel 25% delle auto, il propano nel restante 75% delle auto. Allo stesso tempo, il metano viene spesso immesso sui veicoli commerciali, dove la scelta non è del conducente, ma del proprietario dell'organizzazione veicolo. Esaminiamo le ragioni di questo rapporto nel mercato HBO.

L'autoblogger analizza le caratteristiche di propano e metano in un video di quindici minuti: cosa è meglio per un'auto, la differenza principale

Caratteristiche del propano-butano (GPL)

Il propano è un gas di carbonio, un sottoprodotto della produzione di petrolio. È inodore, trasparente e innocuo per l'uomo. Gli vengono aggiunti anche degli odori in modo che se perde, può essere annusato. La formula chimica è C 3 H 8 .

Nelle stazioni di servizio vediamo la scritta "propano-butano". Il butano è anche un gas di carbonio che viene rilasciato in condizioni simili. Viene miscelato con propano per ottenere il numero di ottano desiderato. E dentro tempo diverso le composizioni cambiano: in inverno c'è più propano e in estate butano.

È immagazzinato in bombole in un'auto in forma liquefatta. Cioè, è liquido, non gassoso: "cade" in un pallone. Un grande vantaggio è anche la pressione di esercizio, che è di sole 14 atmosfere. Richiede contenitori di metallo più leggero e le pareti del cilindro sono molto più sottili. Ora i più diffusi sono i cilindri toroidali a forma di ciambella, che vengono posti al posto della riserva. Allo stesso tempo, il cilindro non occupa spazio nel bagagliaio, ma devi sacrificare la ruota di scorta.

Con un'attrezzatura media con un rifornimento completo, puoi percorrere 650 ... 850 chilometri, che è quattro volte superiore a quello dell'avversario.

Il consumo di propano è di 11 ... 13 litri per 100 km su un'auto media con un motore da 1,6 litri della 4a generazione di HBO.

L'attrezzatura costa il doppio. Nella nostra esperienza, nove aziende di installazione su dieci apparecchiature a gas specializzati in propano.

Molte ricariche. Inoltre, un grande vantaggio è che ci sono dozzine di volte più stazioni di rifornimento di propano.

La perdita di potenza del motore è inferiore, circa il 5…10%.

Propano Pro:

Attrezzatura economica.
Ci sono molte aziende che servono e installano.
Bassa pressione.
Conservato in forma liquefatta.
Attrezzatura leggera e compatta, installabile nell'alloggiamento della ruota di scorta.
Chilometraggio maggiore.
La minore perdita di potenza è di circa il 5…10%.

Contro di propano:

Il propano è più costoso del metano di circa 3 rubli al litro. Propap costa 17 rubli contro 14 per litro di metano.
Più esplosivo del metano. Se il cilindro è danneggiato, non evapora così rapidamente nell'atmosfera.

Il propano, sebbene costi un po 'di più, ha molti vantaggi e la prevalenza delle stazioni di servizio.

Compatibilità GPL e GNL con le ultime generazioni di GPL

E infine, circa un altro aspetto negativo del metano: l'incompatibilità con la quinta e la sesta generazione di HBO. Il propano può funzionare con queste generazioni, ma il metano no e molto probabilmente no.

Nelle generazioni 5 e 6, il gas viene fornito come liquido al sistema di iniezione del carburante ed è simile alla benzina. Il propano è immagazzinato in bombole in forma liquida e il metano in forma gassosa. Pertanto l'installazione a metano è possibile solo fino alla 4a generazione di impianti. Le ultime generazioni danno una spesa approssimativamente pari al consumo di benzina. Non c'è praticamente alcuna perdita di potenza. Il motore può essere avviato immediatamente a gas anche a temperature sotto lo zero.

Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi. Da oltre 30 anni nel nostro Paese i gas di idrocarburi liquefatti vengono utilizzati come carburante per auto. In un periodo di tempo relativamente breve, è stato superato un percorso piuttosto difficile nell'organizzazione della contabilità dei gas liquefatti, una chiara comprensione dei processi che si verificano durante il pompaggio, la misurazione, lo stoccaggio e il trasporto. È noto che l'estrazione e l'uso in Russia hanno una lunga storia.

Tuttavia, il livello tecnico dell'economia del gas di giacimento fino al XX secolo era estremamente primitivo. Non trovando aree di applicazione economicamente giustificate, i proprietari di petrolio non solo non si preoccupavano della conservazione del gas o delle frazioni leggere di idrocarburi, ma cercavano anche di sbarazzarsene. Un atteggiamento negativo è stato osservato anche nei confronti delle frazioni benzina del petrolio, in quanto causano un aumento del punto di infiammabilità e il pericolo di incendi ed esplosioni. La separazione dell'industria del gas nel 1946 in un'industria indipendente ha permesso un cambiamento rivoluzionario della situazione e un forte aumento sia del volume della produzione di gas in termini assoluti sia della sua quota nel bilancio del carburante del paese.

La rapida crescita della produzione di gas è diventata possibile grazie alla radicale intensificazione dei lavori di costruzione principali gasdotti, collegando le principali regioni produttrici di gas con i consumatori di gas, i grandi centri industriali e impianti chimici. Tuttavia, un approccio approfondito alla misurazione e alla contabilizzazione accurate dei gas liquefatti nel nostro paese ha cominciato ad apparire non più di 10-15 anni fa. Per fare un confronto, il gas liquefatto in Inghilterra è stato prodotto dall'inizio degli anni '30 del XX secolo, dato che si tratta di un paese con una sviluppata economia di mercato, la tecnologia per misurare e contabilizzare i gas liquefatti, nonché la produzione di attrezzature speciali per questi scopi, ha iniziato a svilupparsi quasi dall'inizio della produzione.

Quindi diamo una rapida occhiata

Quindi, consideriamo brevemente (Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi), cosa sono i gas di idrocarburi liquefatti e come vengono prodotti. I gas liquefatti si dividono in due gruppi:

Gas di idrocarburi liquefatti ( GPL ) - sono una miscela di composti chimici, costituiti principalmente da idrogeno e carbonio con diverse strutture molecolari, cioè una miscela di idrocarburi di vari pesi molecolari e diversa struttura. I componenti principali del GPL sono il propano e il butano, che come impurità contengono idrocarburi più leggeri (metano ed etano) e più pesanti (pentano). Tutti i componenti elencati sono idrocarburi saturi. Il GPL può contenere anche idrocarburi insaturi: etilene, propilene, butilene. I butano-butileni possono essere presenti come composti isomerici (isobutano e isobutilene).

NGL - un'ampia frazione di idrocarburi leggeri, comprende principalmente una miscela di idrocarburi leggeri delle frazioni etano (С2) ed esano (С6).

In generale, una composizione tipica di NGL è la seguente: etano dal 2 al 5%; frazioni gassose liquefatte C4-C5 40-85%; frazione esano C6 dal 15 al 30%, la frazione pentano rappresenta il resto.

Dato l'uso diffuso del GPL nell'industria del gas, è necessario soffermarsi più in dettaglio sulle proprietà del propano e del butano.

Propano

Propanoè un composto organico della classe degli alcani. Contenuto nel gas naturale, formatosi durante il cracking dei prodotti petroliferi. Formula chimica C 3 H 8 (figura 1). Gas incolore, inodore, poco solubile in acqua. Punto di ebollizione -42.1C. Forma miscele esplosive con l'aria a concentrazioni di vapore dal 2,1 al 9,5%. La temperatura di autoaccensione del propano in aria a una pressione di 0,1 MPa (760 mm Hg) è di 466 °C.

Butano(C 4 H 10) - un composto organico della classe degli alcani. In chimica, il nome è usato principalmente per riferirsi al n-butano. Formula chimica C 4 H 10 (Fig. 1). La miscela di n-butano e il suo isomero isobutano CH(CH 3) 3 ha lo stesso nome. Gas incolore, infiammabile, inodore, facilmente liquefatto (sotto 0 °C e pressione normale o a pressione elevata e temperatura normale - liquido volatile). Contenuto in gas condensato e gas di petrolio (fino al 12%). È un prodotto del cracking catalitico e idrocatalitico di frazioni petrolifere.

– carbonio;
– idrogeno

La produzione sia di gas liquefatto che di NGL viene effettuata a spese delle seguenti tre fonti principali:

imprese di produzione di petrolio - l'ottenimento di GPL e NGL avviene durante la produzione di petrolio greggio durante la lavorazione del gas associato (legato) e la stabilizzazione del petrolio greggio;

imprese di produzione di gas - l'ottenimento di GPL e NGL avviene durante la lavorazione primaria del gas di pozzo o della stabilizzazione del gas libero e della condensa;

raffinerie di petrolio - la produzione di gas liquefatto e NGL simili avviene durante la lavorazione del greggio nelle raffinerie. In questa categoria, NGL è costituito da una miscela di frazioni butano-esano (C4-C6) con una piccola quantità di etano e propano. Il vantaggio principale del GPL è la possibilità della loro esistenza a temperatura ambiente e pressioni moderate, sia allo stato liquido che gassoso. Allo stato liquido sono facilmente lavorabili, immagazzinabili e trasportabili, allo stato gassoso hanno una migliore caratteristica di combustione.

Lo stato dei sistemi di idrocarburi è determinato dalla totalità delle influenze di vari fattori, pertanto, per una caratterizzazione completa, è necessario conoscere tutti i parametri. I principali parametri che possono essere misurati direttamente e influenzano i regimi di flusso del GPL includono pressione, temperatura, densità, viscosità, concentrazione dei componenti, rapporto di fase.

Sistema

I sistemi di idrocarburi possono essere omogenei o eterogenei. Se il sistema ha fisico omogeneo e Proprietà chimiche- è omogeneo, ma se è eterogeneo o è costituito da sostanze in diversi stati aggregati - è eterogeneo. I sistemi a due fasi sono eterogenei.

Una fase è intesa come una certa parte omogenea del sistema, che ha una chiara interfaccia con altre fasi.

Durante lo stoccaggio e il trasporto, i gas liquefatti cambiano costantemente il loro stato di aggregazione, parte del gas evapora e si trasforma in uno stato gassoso e parte si condensa, trasformandosi in uno stato liquido. Nei casi in cui la quantità di liquido evaporato è uguale alla quantità di vapore condensato, il sistema liquido-gas raggiunge l'equilibrio e il vapore sul liquido si satura e la loro pressione è chiamata pressione di saturazione o tensione di vapore.

La tensione di vapore del GPL aumenta all'aumentare della temperatura e diminuisce al diminuire della temperatura.

Gas di idrocarburi liquefatti

I gas di idrocarburi liquefatti vengono trasportati in serbatoi ferroviari e stradali, immagazzinati in serbatoi di vari volumi in uno stato di saturazione: il liquido bollente è posto nella parte inferiore dei vasi e i vapori saturi secchi sono nella parte superiore (Fig. 2). Quando la temperatura nei serbatoi diminuisce, parte dei vapori si condenserà, cioè la massa del liquido aumenta e la massa del vapore diminuisce, si instaura un nuovo stato di equilibrio. All'aumentare della temperatura, si verifica il processo inverso fino a quando le fasi non sono in equilibrio alla nuova temperatura.

Pertanto, i processi di evaporazione e condensazione avvengono in serbatoi e tubazioni, che in fluidi bifase procedono a pressione e temperatura costanti, mentre il
Le temperature di evaporazione e condensazione sono uguali.

In condizioni reali, i gas liquefatti contengono vapore acqueo in una quantità o nell'altra. Inoltre, la loro quantità nei gas può aumentare fino alla saturazione, dopodiché l'umidità dei gas precipita sotto forma di acqua e si mescola con idrocarburi liquidi fino al grado limite di solubilità, quindi viene rilasciata acqua libera, che si deposita nei serbatoi. La quantità di acqua nel GPL dipende dalla composizione degli idrocarburi, dallo stato termodinamico e dalla temperatura. È stato dimostrato che se la temperatura del GPL viene ridotta di 15-30 0 C, la solubilità dell'acqua diminuirà di 1,5-2 volte e l'acqua libera si accumulerà sul fondo del serbatoio o cadrà sotto forma di condensa nelle condutture.

L'acqua accumulata nei serbatoi deve essere periodicamente rimossa, altrimenti può arrivare al consumatore o portare al guasto dell'apparecchiatura.

1-3 - tensione di vapore: 1 - propano, 2 - miscele propano-butano, 3 - butano; 4-5 - linee di formazione di idrati: 4 - propano, 5 - butano.

Figura 3. Formazione di idrati e tensione di vapore di propano e butano.

Secondo i metodi di prova del GPL, viene determinata la presenza di sola acqua libera, è consentita la presenza di acqua disciolta.

Idrata

Gli idrati possono essere attribuiti a composti chimici, poiché hanno una composizione rigorosamente definita, ma si tratta di composti di tipo molecolare, tuttavia gli idrati non hanno un legame chimico basato sugli elettroni. A seconda delle caratteristiche molecolari e della forma strutturale delle cellule interne, vari gas rappresentano esternamente cristalli trasparenti chiaramente definiti di varie forme e idrati ottenuti in un flusso turbolento - una massa amorfa sotto forma di neve densamente compressa.

Secondo il grafico presentato in Fig. 3, si può vedere che la pressione alla quale si formano gli idrati a una temperatura inferiore a 0 0 С, rispetto alla tensione di vapore del propano, la stessa zona esiste per il butano.

Le condizioni per la formazione di idrati devono essere note durante la progettazione di condotte e sistemi per il trasporto di gas, attrezzature per stazioni di pompaggio del gas, stazioni di rifornimento di gas, nonché per lo sviluppo di misure per prevenirne la formazione ed eliminare i tappi di idrato. È stato stabilito che la pressione alla quale si formano gli idrati a una temperatura di +5 0 C è inferiore alla tensione di vapore del propano e del butano.

Nella maggior parte dei casi, parlando di gas liquefatti, intendiamo idrocarburi corrispondenti a GOST 20448-90 "Gas di idrocarburi liquefatti per il consumo domestico" e GOST 27578-87 "Gas di idrocarburi liquefatti per trasporto stradale". Sono una miscela composta principalmente da propano, butano e isobutano. A causa dell'identità della struttura delle loro molecole, la regola dell'additività è approssimativamente osservata: i parametri della miscela sono proporzionali alle concentrazioni e ai parametri dei singoli componenti. Pertanto, secondo alcuni parametri, è possibile giudicare la composizione dei gas.

Parametri rilevanti della miscela

I corrispondenti parametri di miscela si ottengono sommando i parametri parziali dei singoli componenti:

sicm = ∑siio Xio ,

(1)

Dove y cm è il parametro della miscela; y i – parametro del componente; x i è la concentrazione del componente.

Secondo la regola dell'additività e le tabelle 1; 2, è possibile calcolare qualsiasi parametro della miscela. Ad esempio, prendiamo una miscela propano-butano con una concentrazione del 40% di butano e del 60% di propano. È necessario determinare la densità della miscela a 10 0 C. Secondo la formula 1, troviamo:

ρ cm= 516,8 × 0,6 + 586,3 × 0,4 = 310,08 + 234,52 = 544,6

Pertanto, per queste condizioni, la densità della miscela sarà di 544,6 kg/m 3 .

Quando si misura la quantità di GPL e durante le operazioni contabili negli impianti di stoccaggio, sono importanti concetti come densità, dilatazione termica e viscosità.

Densità , kg / m 3 - il rapporto tra massa corporea e volume, a seconda della composizione di idrocarburi e del suo stato. La densità della fase vapore del GPL è una funzione complessa di temperatura, stato e pressione per ciascun componente.

La densità della fase liquida delle miscele propano-butano dipende dalla composizione degli idrocarburi e dalla temperatura, poiché la densità del liquido diminuisce con l'aumentare della temperatura, a causa dell'espansione volumetrica.

La variazione relativa del volume di un liquido con una variazione di temperatura di un grado è caratterizzata dal coefficiente di temperatura dell'espansione volumetrica β t, che per i gas liquefatti (propano e butano) è parecchie volte maggiore rispetto ad altri liquidi.

Propano - 3,06 10 -3; Butano - 2,12 10 -3; Cherosene - 0,95 10 -3; Acqua - 0,19 10 -3;

Quando la pressione aumenta, la fase liquida di propano e butano viene compressa. Il grado della sua compressione è stimato dal coefficiente di compressibilità volumetrica β com, la cui dimensione è l'inverso della dimensione della pressione.

Viscosità - questa è la capacità di gas o liquidi di resistere alle forze di taglio, dovute alle forze di adesione tra le molecole di una sostanza. Con il movimento relativo tra gli strati del flusso, si genera una forza tangenziale, che dipende dall'area di contatto tra gli strati e dal gradiente di velocità. Lo sforzo di taglio specifico che si verifica tra gli strati determina la viscosità dinamica di un gas o di un liquido ed è chiamato coefficiente di viscosità dinamica. L'analisi di studi sperimentali ha dimostrato che la viscosità del GPL dipende dalla temperatura e aumenta leggermente con l'aumentare della pressione. A differenza dei liquidi, la viscosità di un gas aumenta con l'aumentare della temperatura.

	Nei calcoli tecnici viene spesso utilizzata la viscosità cinematica ν, che è il rapporto tra viscosità dinamica e densità:
			ν = η ;	ρ					(2)
	Le proprietà fisiche e termodinamiche dei gas liquefatti sono riportate nelle tabelle 1 - 2.
	Tavolo1
	Proprietà termodinamiche e fisiche della fase liquida di propano e butano
	0			3	V, 10 -7		Szh,	R,		λ , 10 -3	UN 2 , 10-
	T, A(	CON)	R, MPa	ρ E, kg/ M	M 2 / Con		kJ/(kg	kJ/ kg		Mar/(M	‘ M 2 / Con	Rg
					Liquido	fase propanica
223	(-50)		0,070	594,3	4,095		2,207	434,94		126,68	0,966	4,24
228	(-45)		0,088	587,9	3,932		2,230	429,50		125,99	0,961	4,09
233	(-40)		0,109	581,4	3,736		2,253	424,02		125,30	0,957	3,90
238	(-35)		0,134	574,9	3,568		2,278	418,32		124,61	0,951	3,75
243	(-30)		0,164	568,5	3,410		2,303	412,62		123,92	0,946	3,60
248	(-25)		0,199	562,0	3,259		2,328	406,685		123,23	0,942	3,46
253	(-20)		0,239	555,5	3,116		2,353	400,75		122,55	0,938	3,32
258	(-15)		0,285	549,1	2,980		2,385	394,58		121,86	0,931	3,20
263	(-10)		0,338	542,6	2,851		2,416	388,41		121,17	0,924	3,09
268	(-5)		0,398	536,2	2,731		2,448	381,76		120,48	0,918	2,97
273	(0)		0,467	529,7	2,613		2,479	375,11		119,79	0,912	2,87
278	(5)		0,544	523,2	2,502		2,519	367,99		119,10	0,904	2 77
283	(10)		0,630	516,8	2,398		2,558	360,87		118,41	0,896	2,68
288	(15)		0,727	510,3	2,300		2,604	353,27		11-7,72	0,886	2,60

293 (20)	0,834	503,9	2,209	2,650	345,67	117,03	0,876	2,52
298 (25)	0,953	497,4	2,120	2,699	337,125	116,35	0,867	2,45
303 (30)	1,084	490,9	2,037	2,747	328,58	115,66	0,858	2,37
308 (35)	1,228	484,5	1,960	2,799	318,84	114,97	0,848	2,31
313 (40)	1,385	478,0	1,887	2,851	309,11	114,28	0,839	2,25
318 (45)	1,558	571,5	1,818	2,916	297,48	113,59	0,826	2,20
323 (50)	1,745	465,1	1,755	2,981	285,84	112,90	0,814	2,16

Butano fase liquida

228 (-45) 0,0126 667,0 4,92 2,125 420,36 132,72 0,9364 5,25

223	(-50)	0,0094	674,3	5,09	2,114	423,96	133,45	0,9362	5,44
233	(-40)	0,0167	659,7	4,76	2,135	416,75	131,59	0,9371	5,08
238	(-35)	0,0218	652,3	4,60	2,152	412,97	131,27	0,9351	4,92
243	(-30)	0,0280	645,0	4,43	2,169	409,19	130,54	0,9331	4,75
248	(-25)	0,0357	637,7	4,28	2,188	405,41	129,82	0,9304	4,60
253	(-20)	0,0449	630,3	4,18	2,207	401,63	129,09	0,9280	4,50
258	(-15)	0,056	616,6	3,98	2,234	397,67	128,37	0,9319	4,27
263	(-10)	0,069	611,5	3,83	2,261	393,70	127,64	0,9232	4,15
268	(-5)	0,085	606,3	3,698	2,270	389,56	126,92	0,9222	4,01
273	(0)	0,103	601,0	3,561	2,307	385,42	126,19	0,9101	3,91
278	(5)	0,123	593,7	3,422	2,334	381,10	125,46	0,9054	3,78
283	(10)	0,147	586,3	3,320	2,361	376,77	124,74	0,9011	3,68
288	(15)	0,175	579,0	3,173	2,392	372,09	124,01	0,8940	3,55
293	(20)	0,206	571,7	3,045	2,424	367,41	123,29	0,8897	3,42
298	(25)	0,242	564,3	2,934	2,460	362,37	122,56	0,8828	3,32
303	(30)	0,282	557,0	2,820	2,495	357,32	121,84	0,8767	3,22
308	(35)	0,327	549,7	2,704	2,535	351,92	121,11	0,8691	3,11
313	(40)	0,377	542,3	2,606	2,575	346,52	120,39	0,8621	3,02
318	(45)	0,432	535,0	2,525	2,625	340,76	119,66	0,8521	2,96
323	(50)	0,494	527,7	2,421	2,680	334,99	118,93	0,8409	2,88

Tavolo2.

		Proprietà termodinamiche e fisiche della fase vapore di propano e butano
T, A(		0	CON)	R, MPa	3	V, 10 -7	CONN,	R, kJ/ kg	λ , 10 -3	UN 2 , 10-
T, A(			CON)	R, MPa	ρ N, kg/ M	M 2 / Con	kJ/(kg– A)	R, kJ/ kg	Mar/(MA)	‘ M 2 / Con
						Fase vapore propano
223	(-50)			0,070	1 96	30,28	1,428	434 94	0,92	32,9
228	(-45)			0,088	2 41	25,23	1,454	429,50	0,96	27,4
233	(-40)			0,109	2 92	21,32	1,480	424,02	1,00	23,1
238	(-35)			0,134	3,52	18,09	1,505	418,32	1,04	19,6
243	(-30)			0,164	4,22	15,43	1,535	412,62	1,07	16,5
248	(-25)			0,199	5,02	13,26	1,552	406,685	1,11	14,2
253	(-20)			0,239	5,90	11,52	1,587	400,75	1,15	12,3
258	(-15)			0,285	6 90	10,06	1,610	394,58	1,19	10,7
263	(-10)			0,338	8,03	8,82	1,640	388,41	1,24	9,4
268	(-5)			0,398	9,28	7,78	1,675	381,76	1,28	8 2
273	(0)			0,467	10,67	6,90	1,710	375,11	1,32	7,2
278	(5)			0,544	12 23	6,14	1,750	367,99	1,36	6,4
283	(10)			0,630	13,91	5,50	1,786	360,87	1,41	5,7
288	(15)			0,727	15 75	4,94	1,820	353,27	1,45	5,1
293	(20)			0,834	17,79	4,45	1,855	345,67	1,50	4 5
298	(25)			0,953	19,99	4,03	1,888	337,125	1,54	4,1
303	(30)			1,084	22 36	Z,67	1,916	328,58	1,59	3,7
308	(35)			1,22 8	24,92	3,35	1,940	318,84	1,63	3,4
313	(40)			1,385	27,66	3,06	1,960	309,11	1,68	3,1
318	(45)			1,558	Z0.60	2,81	1,976	297,48	1,73	2,9
323	(50)			1,745	33,76	2,59	1,989	285,84	1,78	2,7
						Butano in fase vapore
223	(-50)			0,0094	0,30	168,535	1,440	423,96	0,90	208,3
228	(-45)			0,0126	0,39	132,866	1,463	420,36	0,93	163,0
233	(-40)			0,0167	0,51	104,062	1,480	416,75	0,97	128,5
238	(-35)			0,0218	0,65	83,573	1,505	412,97	1,01	103,2
243	(-30)			0,0280	0,82	67,768	1,520	409,19	1,05	84,2
248	(-25)			0,0357	1,03	55,159	1,540	405,41	1,09	68,7
253	(-20)			0,0449	1,27	45,712	1,560	401,63	1,13	57,0
258	(-15)			0,056	1,55	38,252	1,580	397,67	1,17	47,8
263	(-10)			0,069	1,86	32,540	1,610	393,70	1,21	40,4
268	(-5)			0,085	2,26	27,325	1,632	389,56	1,26	34,2
273	(0)			0,103	2,66	23,677	1,654	385,42	1,30	29,5
278	(5)			0,123	3,18	20,189	1,674	381,10	1,34	25,2
283	(10)			0,147	3,71	17,634	1,694	376,77	1,39	22,1
288	(15)			0,175	4,35	15,318	1,713	372,09	1,43	19,2
293	(20)			0,206	5,05	13,435	1,732	367,41	1,48	16,9
298	(25)			0,242	5,82	11,864	1,751	362,37	1,53	15,0

303 (30)	0,282	6,68	10,517	1,770	357,32′	1,57	13,3
308 (35)	0,327	7,60	9,402	1,791	351,92	1,62	11,9
313 (40)	0,377	8,62	8,428	1,810	346,52	1,67	10,7
318 (45)	0,432	9,72	7,596	1,830	340,755	1,72	9,7
323 (50)	0,494	10,93	6,864	1,848	334,99	1,77	8,8

Pertanto, è possibile riassumere ed evidenziare le principali proprietà delle miscele propano-butano che influenzano le condizioni per il loro stoccaggio, trasporto e misurazione.

I gas di idrocarburi liquefatti (Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi) sono liquidi bassobollenti che possono trovarsi allo stato liquido sotto pressione di vapore saturo.

Punto di ebollizione: propano -42 0 С; Butano - 0,5 0 C.

In condizioni normali, il volume del propano gassoso è 270 volte maggiore del volume del propano liquefatto.
I gas di idrocarburi liquefatti sono caratterizzati da un elevato coefficiente di dilatazione termica.
Il GPL è caratterizzato da bassa densità e viscosità rispetto ai prodotti petroliferi leggeri.

Instabilità dello stato aggregato del GPL durante il flusso attraverso le tubazioni a seconda della temperatura, della resistenza idraulica, dei passaggi condizionali irregolari.
Il trasporto, lo stoccaggio e la misurazione del GPL è possibile solo attraverso sistemi chiusi (sigillati), progettati, di norma, per una pressione di esercizio di 1,6 MPa.

Le operazioni di pompaggio e misurazione richiedono l'uso di attrezzature, materiali e tecnologie speciali.

Nel mondo

In tutto il mondo, i sistemi e le apparecchiature per gli idrocarburi, nonché la disposizione degli impianti tecnologici, sono soggetti a requisiti e regole uniformi.

Il gas liquefatto è un fluido newtoniano, quindi i processi di pompaggio e misurazione sono descritti dalle leggi generali dell'idrodinamica. Ma la funzione dei sistemi di idrocarburi si riduce non solo al semplice movimento del liquido e alla sua misurazione, ma anche per garantire che l'influenza delle proprietà fisiche e chimiche "negative" del GPL sia ridotta.

In linea di principio, i sistemi di pompaggio di GPL (Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi) differiscono poco dai sistemi per acqua e prodotti petroliferi e, tuttavia, sono necessarie apparecchiature aggiuntive per garantire le caratteristiche qualitative e quantitative della misurazione.

Spiegazioni

serbatoio di stoccaggio deve essere dotato di un ingresso di carico del prodotto, una linea di drenaggio di scarico e una linea della fase vapore utilizzata per l'equalizzazione della pressione, il ritorno del vapore dal separatore di gas o la calibrazione del sistema.

Pompa – Fornisce la pressione necessaria per spostare il prodotto attraverso il sistema di erogazione. La pompa deve essere scelta in base alla portata, alle prestazioni e alla pressione.

Metro - comprende un convertitore di quantità di prodotto e un dispositivo di lettura (indicazione) che può essere elettronico o meccanico.

Separatore di gas – separa il vapore generato durante il flusso del liquido prima che raggiunga il contatore e lo riporta nello spazio vapore del serbatoio.

Valvola differenziale - serve a fare in modo che nel contatore passi solo un prodotto liquido creando una sovrapressione differenziale a valle del contatore, ovviamente maggiore della tensione di vapore nel contenitore.

Il sistema deve soddisfare i seguenti requisiti:

essere a tenuta d'aria e resistere alla pressione di progetto richiesta; realizzato con materiali destinati al lavoro con GPL;

dotato di valvole di massima pressione per il rilascio controllato del prodotto quando la pressione supera quella di lavoro.

Le principali caratteristiche costruttive sopra descritte si applicano a tutte le tipologie di impianti utilizzati per il dosaggio e l'erogazione del GPL. Tuttavia, questi non sono gli unici criteri. Il design del sistema dovrebbe riflettere varie condizioni il suo utilizzo per il rilascio commerciale del prodotto (Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi).

Convenzionalmente, i sistemi di misurazione possono essere suddivisi nei seguenti gruppi (tipi):

implementazione della misurazione del GPL (compreso il riempimento delle autocisterne) a un prezzo relativamente basso ad alta velocità portata (400-500 lt/min.). Di norma, questa è una raffineria, GNS.

misurazione della quantità di GPL durante la consegna alle stazioni di rifornimento di gas o agli utenti finali tramite autocisterne (comprese le autocisterne di carico). La produttività in questo caso fluttua da 200 a 250 l/min.

Rifornimento commerciale di veicoli a GPL. La velocità di riempimento di solito non supera i 50 l/min.

La progettazione e il tipo di sistemi di misurazione per il GPL sono determinati dalle proprietà fisiche del prodotto, in particolare dalla sua dipendenza dalla temperatura e dalla pressione durante il rinvenimento.

Per garantire misurazioni accurate, la progettazione del sistema deve includere mezzi per ridurre al minimo l'evaporazione ed eliminare il vapore risultante prima che entri nel contatore.

La progettazione di un sistema di misura dipende dal suo utilizzo e dalle massime prestazioni. Gli impianti di misurazione possono essere utilizzati sia stazionari che installati su autocisterne, utilizzati nella vendita all'ingrosso e al dettaglio.

Consideriamo separatamente i componenti che sono coinvolti nelle operazioni di misurazione del GPL e sono obbligatori per la maggior parte dei sistemi contabili (Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi).

linea di pressione – collega il serbatoio di stoccaggio e il tubo di ingresso dell'unità di misura e dispone di elementi che controllano il flusso del liquido e ne assicurano il mantenimento allo stato liquido. La linea di pressione, di regola, è costituita dai seguenti elementi:

Pompe .

Poiché il sistema liquido-vapore nel serbatoio di stoccaggio è in equilibrio e costituisce, insieme al sistema di misura, un sistema chiuso, il gas non può fluire autonomamente. Di conseguenza, è necessario utilizzare una pompa per fornire il GPL alla linea di distribuzione.

Esistono diversi design tipici di pompe che sono ampiamente utilizzati in vari casi. Queste sono pompe a palette, pompe a ingranaggi, pompe a vortice.

La velocità della pompa può essere fondamentale per la precisione del sistema di misurazione e

prestazione. Se la velocità della pompa è elevata, la pressione della linea di aspirazione può scendere al di sotto della pressione del vapore e si verificherà l'evaporazione. Questo fenomeno è chiamato cavitazione. Per ridurre al minimo gli effetti della cavitazione, la lunghezza delle tubazioni dal serbatoio alla pompa deve essere ridotta al minimo. Questa tubazione deve essere diritta, per evitare resistenza idraulica, e di dimensioni maggiori rispetto alla tubazione della linea di pressione.

valvola di bypass .

Per brevi periodi di tempo, la pompa può essere in funzione senza che venga erogato prodotto. Per evitare danni, un certo numero di pompe sono dotate di valvole di bypass. Quando la pressione aumenta, la valvola all'interno della pompa si apre e il fluido inizia a circolare all'interno della pompa. Di norma, un tale schema porta al riscaldamento del prodotto e alla sua ebollizione, mentre si forma un cuscino di vapore che impedisce il movimento del liquido. Dopo aver effettuato ripetuti esperimenti con pompe dotate di valvole di by-pass interne, siamo giunti alla conclusione che la soluzione ottimale per liquidi come il GPL è l'installazione di una valvola di by-pass esterna.

Questo design consente al prodotto di circolare attraverso il serbatoio di stoccaggio e di fornire continuamente alla pompa gas non riscaldato.

Valvole di velocità .

Le valvole ad alta velocità devono essere dotate di tutti i tubi di derivazione del serbatoio di stoccaggio e dei manicotti di erogazione. Lo scopo di queste valvole è quello di interrompere il flusso del prodotto in caso di rottura del tubo o disconnessione del rubinetto di erogazione.

Manometri .

I manometri devono essere installati sulle linee di aspirazione e pressione della pompa, sulla fase vapore del serbatoio di stoccaggio, nonché sui filtri del sistema (Proprietà dei gas di petrolio liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi).

Valvole di sicurezza .

In qualsiasi punto degli impianti tecnologici e di misura, dove è possibile contenere il volume del liquido tra due dispositivi di intercettazione, è necessario installare valvole di sicurezza per evitare possibili sovrapressioni.

Separatore di gas .

Separatore di gas - Separa il vapore generato durante il flusso del liquido prima che raggiunga il contatore e lo riporta nello spazio del vapore del serbatoio.

Di norma, i separatori di gas dispongono di un sistema di separazione del gas a galleggiante, ma alcuni produttori rifiutano tale schema a favore dell'utilizzo di valvole ad alta velocità o di ritegno e dell'installazione di tubi di espansione (sifoni) insieme a fori di piccolo diametro. Tale schema per GPL è abbastanza efficace se si tiene conto del fatto che il separatore di gas nei sistemi chiusi svolge il ruolo di un condensatore di gas, ad es. il suo scopo è quello di condensare la fase vapore, e portarne una parte in un serbatoio di accumulo.

Filtri .

I filtri sono un elemento importante del sistema idraulico. Sono installati davanti alla pompa e nel blocco di misurazione e sono progettati per proteggere la pompa o il contatore da contaminanti solidi che possono disattivarli. Gli elementi filtranti devono essere sostituibili o poter essere puliti periodicamente.

Rubinetti e valvole .

I dispositivi di chiusura sono parte integrante di qualsiasi impianto tecnologico per GPL. Sono progettati per fornire comodo e veloce Manutenzione singoli componenti senza degasare e depressurizzare l'intero sistema.

Contatori e dispositivi di lettura .

Il liquido separato dal vapore, dopo il separatore di gas, entra nel contatore (convertitore di volume) (Proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti Caratteristiche del funzionamento dei sistemi di idrocarburi). Nella maggior parte dei sistemi di misurazione del GPL, i contatori sono del tipo a camera, che riteniamo sia il metodo di misurazione del liquido più affidabile e altamente accurato. Esistono anche altri tipi di misuratori di portata, come i misuratori di portata a turbina o di massa (Coriolis).

Il design dei misuratori di portata a camera è piuttosto complesso dal punto di vista tecnico, ma il principio del loro funzionamento è semplice. Esistono i seguenti tipi di misuratori di portata: ad ingranaggi, rotativi, ad anello, a disco, a palette, a secchiello, a pistone, ecc.

A causa del semplice principio di funzionamento di tali dispositivi di misurazione, il numero di fattori che causano misurazioni imprecise è ridotto.

Il primo è la presenza di una fase vapore nel flusso del prodotto. In secondo luogo, l'imprecisione del misuratore può essere causata dalla contaminazione delle parti mobili. Questo parla ancora una volta dell'importante funzione dell'applicazione dei filtri. In terzo luogo, la precisione dei dispositivi di misurazione dipende dall'usura delle parti mobili.

Valvola differenziale

Valvola differenziale – serve a far passare attraverso il contatore solo prodotto liquido creando una sovrapressione differenziale a valle del contatore, ovviamente maggiore della tensione di vapore nel contenitore.

In genere, una valvola differenziale nomina il design del diaframma o del pistone. Per mezzo di un diaframma o pistone, il dispositivo è diviso in due camere. Quello superiore è collegato con la fase vapore del serbatoio e quello inferiore con la linea di erogazione del prodotto. La molla della valvola si trova nella cavità della fase vapore ed è regolata ad una pressione minima di 1 kg/cm 2 . Quando la pressione del liquido è inferiore o uguale alla pressione della fase vapore, la valvola è chiusa. Per aprirlo è necessario creare una pressione che superi la tensione di vapore di almeno 0,1 MPa. Ciò garantisce che la fase vapore si condensi fino al contatore e che solo il prodotto liquido passi attraverso il contatore.

L'inizio e la fine del movimento del prodotto nel contenitore da riempire è controllato da elettrovalvole. Queste possono essere elettrovalvole, saracinesche di ogni tipo e valvole con attuatori elettrici o pneumatici, valvole di controllo, ecc. Lo scopo di una valvola di intercettazione o di controllo è aprire la linea di rilascio su comando all'inizio del riempimento e chiuderla quando viene raggiunta la dose di rilascio specificata. Per evitare un carico eccessivo sulle parti interne dei gruppi dell'impianto idraulico, le valvole di intercettazione devono operare in una modalità che escluda l'effetto negativo degli shock idraulici. In altre parole, le valvole devono almeno aprirsi e
chiudere in due fasi: da basso ad alto flusso all'inizio e viceversa alla fine del rifornimento.

Linea vacanze

La linea di rilascio passa il prodotto misurato al punto di emissione. Per garantire una misurazione accurata, il tubo deve essere riempito con prodotto liquido all'inizio dell'erogazione e alla pressione di esercizio. Questo si chiama "manica intera". Per fare ciò, le pistole di erogazione sono dotate di una valvola che si chiude quando la valvola di erogazione viene rilasciata e scollegata.

Le proprietà dei gas di idrocarburi liquefatti, così come altri liquidi che richiedono la contabilità, implicano un approccio individuale alla scelta dell'attrezzatura

Tuttavia, grazie a molti anni di esperienza mondiale e ad accurati dati teorici sulle proprietà dei gas liquefatti, avviene la versatilità dell'apparecchiatura, ad es. la configurazione di una particolare unità idraulica ne consente l'utilizzo in qualsiasi sistema tecnologico per il pompaggio, la misurazione e la contabilizzazione del GPL.

La nostra azienda affronta quotidianamente le sfide di selezione e progettazione di apparecchiature per vari sistemi tecnologici. Grazie a propria esperienza, oltre all'esperienza di produttori mondiali, siamo riusciti a creare dispositivi che in qualsiasi sistema tecnologico ci permettono di eliminare, o almeno minimizzare i fattori negativi delle proprietà termodinamiche del GPL.

Quindi, riassumendo quanto detto, possiamo concludere che la scelta dell'attrezzatura dovrebbe essere il più semplice possibile ed essere effettuata secondo i parametri di prestazioni, precisione, aspetto eccetera. (fig.4) Altri specifiche l'attrezzatura (questo è confermato dalla pratica mondiale) dovrebbe essere prevista dal progetto stesso.

Criteriscelta tecnologicaattrezzatura

UTILIZZO DI GAS DI IDROCARBURI DI FABBRICA. IMPIANTI A PROFILO COMPLESSO E COMBUSTIBILE

CAPO VIII

UTILIZZO E TRATTAMENTO DI GAS DI IDROCARBURI DI FABBRICA

CARATTERISTICHE DEL GAS

Tutti i processi di lavorazione distruttiva del petrolio greggio sono accompagnati dalla formazione di gas di idrocarburi. La produzione di questi gas è in media del 5-20% della materia prima. Con una lavorazione profonda, una moderna raffineria di petrolio con una capacità di 12 milioni di tonnellate di petrolio all'anno produce circa 1 milione di tonnellate (ovvero oltre l'8% in peso) di idrocarburi gassosi. La pirolisi occupa un posto speciale tra i processi distruttivi a questo proposito, dove un gas ricco di olefine leggere è il prodotto bersaglio. In questo caso, dopo l'estrazione della frazione etilene, propilene e butilene-butadiene, rimane anche una parte satura del gas che, durante la pirolisi dei gas, viene principalmente riciclata, e, durante la pirolisi della benzina e di altre materie prime liquide materiali, lascia l'impianto di frazionamento del gas.

Le rese in gas durante i principali processi catalitici di lavorazione della materia prima petrolifera sono molto significative: il reforming catalitico produce il 10-20% (in massa) di gas per la materia prima (compreso dall'1 al 2% di idrogeno); nel cracking catalitico la resa in gas è del 12-15% (in peso). A tavola. 39 fornisce una composizione approssimativa dei gas formati durante i principali processi di raffinazione del petrolio.

Per i processi che avvengono sotto pressione di idrogeno (reforming, isomerizzazione, hydrocracking, hydrotreatment), la composizione del gas è relativamente semplice e, come i gas naturali e associati, è caratterizzata dall'assenza di idrocarburi insaturi. Allo stesso tempo, tutti i processi termici e parte dei processi catalitici danno gas di composizione più complessa, con un contenuto maggiore o minore di idrocarburi insaturi. La concentrazione di idrocarburi insaturi dipende in una certa misura dalla composizione della materia prima, ma è determinata principalmente dalla gravità del regime e per il cracking catalitico e dal catalizzatore utilizzato. Ad esempio, coke di catrame continuo in modalità normale (530-

540 °C) dà un gas con "30% (in peso) di idrocarburi insaturi, e un aumento della temperatura a 600 °C aumenta la quantità di idrocarburi insaturi a quasi il 50%. Il passaggio da unità di cracking catalitico a catalizzatori contenenti zeolite ha causato una diminuzione della resa totale di gas.

Oltre al contenuto di idrocarburi insaturi, i gas di fabbrica sono caratterizzati anche dalla concentrazione della parte "grassa" - la frazione C 3 -C 4. Gli idrocarburi più pregiati di questa frazione sono iso-butano e butileni, che sono le materie prime per l'alchilazione catalitica (ottenendo un componente ad alto numero di ottani delle benzine per automobili e aviazione). La meno interessante è la parte "secca" del gas - idrogeno, metano e la frazione Cr (etano + etilene). L'idrogeno e l'etilene inclusi nel gas secco sono preziosi, ma l'idrogeno viene estratto solo dal gas di reforming, poiché si forma lì in quantità significative e separato nel separatore di gas alta pressione presso il riformatore stesso (il resto del gas contiene solo tracce di idrogeno). I gas di altri processi, se miscelati prima della purificazione e del frazionamento del gas, contengono già idrogeno in una quantità relativamente piccola.

Tabella 39. Composizione dei gas di idrocarburi nei principali processi di raffinazione del petrolio

Composizione del gas, % (in peso)

Componenti	Cracking termico sotto pressione	ritardato cottura		cokeria continua in un letto fluidizzato di coke	cracking catalitico del gasolio sotto vuoto g	reforming catalitico del benzene^	forte idrocracking 1 \| materie prime distillate e J
Componenti	Cracking termico sotto pressione	tar®	» ? IO R esimo " 0JG.& §	cokeria continua in un letto fluidizzato di coke	su amorfo catalizzatore	reforming catalitico del benzene^	forte idrocracking 1 \| materie prime distillate e J
Idrogeno
Metano
Etilene
Etano
Propilene
Propano
n-butilene
"N-Butano
Isobutano					15, $
Isobutilene
La quantità di illimitato

a Dati da A. N. Tarasov. ^ Dati di AF Krasyukov. in Dati 3. I. Sunyaeva. d Dati di VN Erkiya. e Dati riassuntivi. f Dati di S. P. Rogov.

centraggio. Con la raffinazione profonda del petrolio, la resa dei gas secchi raggiunge il 3-4,5% (massa) e la loro composizione è approssimativamente la seguente (% massa, per gas):

Idrogeno ..... 3,0-3,5 Etano ..... "30

Metano .......... 26-27 Propano + propilene. . 8.0-8.5

Etilene ..........27-28 Frazione C* . . . . "5

Naturalmente la composizione del gas secco varia da impianto ad impianto in funzione del profilo dell'impianto e del rapporto tra le capacità dei singoli processi. La complessità della tecnologia per l'estrazione di etilene e idrogeno ci costringe ad abbandonarla per il momento e il gas secco viene solitamente utilizzato nell'impianto come combustibile di processo. Tuttavia, è possibile che si preveda la separazione preliminare dei componenti più pregiati dal gas secco. M, In base alla concentrazione relativa delle parti secca e umida del gas, il gas di cracking termico sotto pressione H e il gas di coke può essere considerato "secco", dove il contenuto di frazioni fino a Cr compreso B è del 35-60% (massa .). Al contrario, i gas di cracking catalitico contengono il 60-75% di idrocarburi C3-C4 (vedi Tabella 39) - ™ questi sono gas "grassi".

Le risorse di gas di raffineria, ovviamente, sono correlate alla profondità della raffinazione del petrolio nella raffineria; nelle lavorazioni profonde, l'uso razionale del gas è di particolare importanza economica. La direzione di lavorazione delle frazioni gassose l è determinata dal profilo dell'impianto, soprattutto tenendo conto del fatto che l'impianto R è solitamente un complesso petrolchimico in cui i processi R di raffinazione del petrolio sono combinati con la preparazione dei monomeri R per la sintesi petrolchimica o sono accompagnati dagli stessi processi petrolchimici (ottenimento di polipropilene, additivi IO

Alcuni componenti del gas utilizzano gli idrocarburi direttamente nell'impianto: il gas “secco” è solitamente un combustibile di processo, il gas di reforming contenente idrogeno è necessario per i processi di idronizzazione (hydrotreatment, hydrocracking). Se le unità di hydrocracking sono incluse nel layout dell'impianto, la domanda di idrogeno non può essere soddisfatta con il solo reforming, quindi una parte del gas secco (solitamente metano ed etano) viene convertita in B per produrre idrogeno. E

Essenziale per l'utilizzo dei gas di raffineria;I è la completezza della selezione dei componenti più preziosi dal loro contenuto potenziale, ovvero il funzionamento efficiente delle unità di separazione del gas. La maggior parte delle raffinerie moderne dispone di due unità di separazione dei gas B: per i gas saturi e insaturi. La separazione congiunta di questi gas è irrazionale, poiché i componenti insaturi sono più pregiati ed è più facile selezionarli con la massima completezza da miscele più concentrate. Schemi gas

Tabella 40. Alcune costanti fisiche degli idrocarburi gassosi

Idrocarburo	T.kip. a 760 mmHg Art., ° С	DENSITÀ	Densità del gas liquefatto,* kg/m3	critico temperatura,	pressione,

			569,9 (-103,4 °С)

Propilene			609,5 (-47 °С)

Isobutilene			626,8 (-6,8 °С)
a-butilene
zuigyas-.r-butilene
cis-\|3-butilene
Isobutano

Acetilene			615,4 (-80,3 °С)
Butadiene

* Tra parentesi è la temperatura alla quale la densità del liquefatto

la separazione dei gas saturi e insaturi può essere simile o leggermente diversa (a seconda del profilo dell'impianto, cioè del volume specifico di questi e di altri gas).

A tavola. 40 mostra alcune costanti fisiche per gli idrocarburi gassosi. I meno volatili sono gli isomeri (5-butilene e N- butano. Le temperature critiche dei componenti della frazione C4 sono comprese tra 134 e 163 °C, il che indica la possibilità di liquefare questi idrocarburi a tempi relativamente basse pressioni e temperature superiori a 30-40 °C disponibili per il raffreddamento ad acqua. Ad esempio, l'n-butano a 40 °C ha una pressione di 0,4 MPa ea questa temperatura può essere facilmente convertito in un liquido (anche con raffreddamento ad acqua nella parte superiore della colonna di butano). Al contrario, l'etilene ha una temperatura critica di soli +9,5 °C, cioè il raffreddamento ad acqua non è adatto alla sua condensazione anche a pressioni molto più elevate e devono essere utilizzati refrigeranti speciali.

PREPARAZIONE DEL GAS PER LA LAVORAZIONE

I principi generali e gli schemi tecnologici per l'essiccazione dei gas di idrocarburi e la loro purificazione dall'idrogeno solforato sono esposti nella Parte I del corso "Tecnologia di lavorazione del petrolio e del gas" in relazione ai gas naturali e associati. Di seguito sono menzionati solo i metodi di preparazione specifici per la piantagione di gas di idrocarburi.

La disidratazione dei gas di fabbrica non è sempre necessaria. Di norma, viene utilizzato nei casi in cui il gas viene sottoposto a successiva rettifica a bassa temperatura (ad esempio, quando si isola l'etilene puro) o viene inviato direttamente per il trattamento catalitico a un impianto con un catalizzatore sensibile all'umidità. A basse temperature di rettifica (fino a -100 ° C), la condensa d'acqua cadrà anche a bassa umidità del gas.Ad esempio, per un gas idrocarburico a 0 MPa "con un contenuto d'acqua di 2 g / m 3, il punto di rugiada era l;1 Trattenendo acqua 0,17 g/m3 solo -20°C, cioè a temperature inferiori a -20°C, il gas avrebbe dovuto contenere meno di 0,17 g di umidità 1ag per

1 m3. Un aumento della pressione provoca anche la necessità di un essiccamento più profondo, poiché la pressione aumenta il punto di rugiada; ad esempio, per lo stesso gas, con un aumento della pressione assoluta da 0,7 a 3,5 MPa, il punto di rugiada è aumentato da 14 a 39 14 ° C e 3,5 MPa, il contenuto di umidità massimo consentito era di soli 0,5 g/m 3 .

Il grado di essiccazione del gas è determinato non solo dalla possibilità di condensazione dell'acqua, ma anche dalla formazione di idrati. Idrata! sono composti complessi di molecole di gas con acqua Sono noti idrati di metano (CH 4 -6H 2 0), etano (C 2 Hb-7H 2 0)) e D p * In apparenza, gli idrati sono voluminosi cristallini; formazioni, a seconda della composizione, bianche o trasparenti, al ghiaccio Gli idrati sono instabili e si decompongono facilmente in gas e acqua al variare della temperatura o della pressione.

È caratteristico che gli idrati possono formarsi solo a pressioni elevate ea temperature superiori allo zero, e gli idrocarburi più pesanti formano idrati più facilmente degli idrocarburi a basso peso molecolare. Pertanto, il metano è in grado di formare idrati a 12,5°C e 10 MPa; l'etano alla stessa temperatura forma 1 ratto HID sotto una pressione di soli 2,5 MPa. Gli idrati possono esistere solo in presenza di eccesso di umidità nel gas, cioè quando la pressione parziale del vapore acqueo nella fase gassosa è maggiore della tensione di vapore hy, Dr. che la pressione del vapore acqueo saturo sarà inferiore al vapore pressione dell'idrato alla temperatura del mezzo.

Gli assorbitori di umidità liquidi non possono ridurre il punto di rugiada al di sotto di meno 15 ° C e, per un funzionamento affidabile dell'impianto che fraziona i gas di pirolisi, il punto di rugiada non deve superare min^ gg_

meno 70 °С. Pertanto, per l'essiccazione dei gas di pirolisi, vengono utilizzati assorbitori solidi, principalmente zeoliti o zeoliti con a.dumo-gel. L'essiccazione di gas contenenti idrocarburi insaturi con adsorbenti è complicata dalla possibilità di poliimmide parziale di Isa. zioni di questi componenti. Solo per gas di pirolisi Grande importanza ha una separazione preliminare degli idrocarburi C5 e C4, costituiti in parte da dieni, che sono più facilmente polimerizzati. Il contenuto del 3-5% (in peso) di idrocarburi C5 nel gas porta ad una rapida perdita di attività adsorbente.

Un'unità necessaria delle unità di reforming catalitico è un'unità di disidratazione per la circolazione di gas contenente idrogeno. Pollice. VI è stato notato che per evitare la disattivazione del catalizzatore (dovuta al dilavamento dell'alogeno), il contenuto di umidità nel gas circolante viene mantenuto nell'intervallo (14-1,5) 10~3% (vol.).

L'essiccamento preliminare della materia prima di reforming viene effettuato nella colonna di stabilizzazione dell'unità di hydrotreating. L'essiccamento del gas circolante avviene in uno di due o più adsorbitori a funzionamento alternato riempiti con zeoliti resistenti agli acidi (contro HC1). Il tempo di funzionamento continuo dell'adsorbitore è di 24-36 ore, dopodiché l'alimentazione del gas viene commutata su un altro adsorbitore e lo strato di zeolite esaurito viene trattato con gas inerte caldo (fino a 350 °C). Secondo A. D. Sulimov, gli adsorbitori per l'essiccazione del gas possono essere accesi solo per il periodo in cui il riformatore viene messo in funzione, nonché durante la rigenerazione del catalizzatore.

Di norma, prima di inviare i gas di fabbrica alla separazione, vengono sottoposti a purificazione. Lo scopo della purificazione è molto spesso la rimozione dei composti di zolfo, rappresentati nei gas di petrolio principalmente dall'idrogeno solforato. La presenza di idrogeno solforato nel gas è inaccettabile a causa: 1) delle proprietà corrosive e tossiche dell'idrogeno solforato e 2) dell'effetto avvelenante su molti catalizzatori. Poiché la concentrazione di idrogeno solforato nel gas durante la lavorazione di materie prime solforose può essere molto significativa, è necessario non solo rimuoverlo dal gas, ma anche utilizzarlo per produrre zolfo o acido solforico. Se dall'impianto di processo si ottengono componenti di gas pesanti in forma liquida (sotto pressione), a volte vengono sottoposti solo a lavaggi con alcali per rimuovere i composti solforati e acidi. Per purificare gli idrocarburi in fase gassosa vengono utilizzate soluzioni acquose di etanolamine, fenolati e altri reagenti. Le etanolamine detergenti più comuni:

H 2 N-C 2 H 4 OH HN (C 2 H 4 OH) 2 N (C 2 H 4 OH) 3

monoetaiolamn dietanolamn trietanolammina

La purificazione del gas con etanolamine è un tipico esempio di processo di assorbimento circolare (Fig. 101). In processi di questo tipo, l'idrogeno solforato viene assorbito dal gas da una soluzione reagente in un apparecchio e viene rilasciato dalla soluzione in seguito al suo strippaggio in un altro apparecchio. Il reagente così rigenerato viene riportato all'assorbimento di idrogeno solforato. La purificazione del gas avviene mediante chemiassorbimento di idrogeno solforato con una soluzione acquosa al 15-30% di etanolamina. A volte viene utilizzata una miscela di etanolamina con glicole etilenico o il gas viene trattato in sequenza con questi solventi. Ad esempio, negli impianti di reforming catalitico) di tipo più vecchio (35-5), dove l'idrotrattamento delle materie prime o "ETS al TST era elevato, era prevista la purificazione del gas circolante a con monoetanolammina, seguita da lavaggio con acqua e asciugatura con DIE

lenglico. T^xno^ LO Giche CepoSodopol purificato Qual è lo schema di pulizia della fabbrica

Riso. 101. Sistema tecnologico purificazione del gas con erogazione a due stadi di monoetanolammina:

1 - assorbitore; 2 - frigoriferi assorbenti; 3 - pompe; 4 - scambiatori di calore; 5 - frigorifero a idrogeno solforato; 6 - desorbitore; 7 - testa di cazzo.

gas, in linea di principio, non differisce da quella del gas naturale.

Delle altre ammine i, viene utilizzato metil dietolo ^ min ^ N-metilpirrolidone ((ammina ciclica); pos ^ L 0 diy è raccomandato per ras 30Bj contenente, oltre a ^ idrogeno solforato, una quantità significativa di anidride carbonica.

I principali dispositivi per la pulizia dei gas con reagenti liquidi sono un assorbitore a piastre oa pacco e una colonna di strippaggio ha (desorber). L'assorbitore è realizzato in acciaio al carbonio; ha 10-20 piastre o un ugello dagli anelli Raschig. Vengono prodotte anche le colonne di stripping per lo stripping di idrogeno solforato! ta. rigato o imballato.

Il calore necessario per la cottura a vapore viene introdotto attraverso una caldaia esterna, solitamente riscaldata dal vapore acqueo. Un parametro importante è la temperatura alla base del desorbitore. Quindi, per la monoetanolammina, si consiglia una temperatura di stripping non superiore a 125 ° C, poiché con un aumento della temperatura, la velocità di deposizione di questo reagente aumenta rapidamente. A causa dell'elevata temperatura nella parte inferiore della colonna di strippaggio e nella caldaia, si osserva corrosione da idrogeno solforato, quindi i tubi della caldaia TIL-nika sono realizzati in acciaio inossidabile (St. 18-8); Anche la parte inferiore della colonna presenta un corrispondente rivestimento.

SEPARAZIONE DEI GAS IN COMPONENTI

La composizione dei gas di fabbrica, presentata in tabella. 39 (p. 275), è tipico per l'intero gas (quantità di equilibrio) F ottenuto in questo processo, cioè significa che ) g etI . la frazione di zine non contiene componenti gassosi: la benzina è stabile. Pratica separazione del gas da be! NZ ina può essere effettuata in una o più fasi.

Così, ad esempio, durante i processi di reforming catalitico e di idrogenazione, un gas contenente idrogeno viene separato in un separatore di gas ad alta pressione. La concentrazione di idrogeno in esso è determinata dalla pressione e dalla temperatura di separazione: maggiore è la pressione e minore è la temperatura, maggiore è la solubilità della parte idrocarburica del gas nel catalizzatore e più “secco” (più leggero) è il gas separato dal catalizzatore.

Nel separatore di gas ad alta pressione, posizionato secondo lo schema dell'unità di reforming catalitico direttamente dietro gli scambiatori di calore e i condensatori, la pressione è quasi la stessa del blocco del reattore, ad esempio 3 MPa; questo assicura che il gas sia separato dal 70-80% (vol.) di idrogeno e che la maggior parte dei componenti idrocarburici rimanga disciolta nel catalizzatore. Le composizioni delle fasi gassosa e liquida saranno determinate dalle relazioni di equilibrio insite in una data combinazione di temperatura e pressione. Nel successivo separatore di gas, una parte del gas idrocarburico viene rilasciata dal catalizzatore a causa della differenza di pressione, ma la sua parte più pesante rimane (prevalentemente) nel catalizzatore, che deve essere stabilizzato. Un quadro simile si osserva negli impianti di idrogenazione.

Nel processo di cracking catalitico, che avviene a pressione prossima a quella atmosferica, la bassa pressione nel separatore di gas rende necessario ricorrere ad un compressore, che riceve il gas. Tuttavia, in questo caso, sebbene la modalità del separatore di gas favorisca la separazione dei componenti pesanti, questi ultimi rimarranno parzialmente nella benzina e sarà necessaria la sua stabilizzazione. Allo stesso tempo, il gas in uscita dal separatore di gas cattura una frazione leggera di benzina, che deve poi essere estratta da esso.

Molti degli schemi moderni combinano la separazione del gas in componenti e la stabilizzazione della benzina.

Per una chiara separazione degli idrocarburi gassosi, è necessario il frazionamento o una combinazione di rettifica con assorbimento. Quest'ultimo è necessario se c'è molta parte "secca" nel gas, soprattutto metano. In questo caso è consigliabile separare prima la parte "secca" per assorbimento, quindi separare il resto del gas per distillazione. A contenuto di metano moderato, l'unità di assorbimento può essere esclusa dallo schema. Sulla fig. 102 mostra uno schema di questo tipo, destinato alla separazione di gas saturi: gas umido e frazione di testa instabile da unità atmosferiche di distillazione del petrolio, nonché gas di reforming catalitico.

Tutti i componenti gassosi (gas di reforming di idrocarburi, gas straight run) sono sottoposti a compressione da parte di un compressore CC-1) seguito dal raffreddamento in un refrigeratore d'acqua XK-1 e frigorifero ad ammoniaca HK-2 fino a 4 C. Al gas liquefatto nella raccolta C-4 collegare i distillati di stabilizzazione liquidi instabili dalle unità AT e di reforming e dirigere l'intero flusso alla colonna del deetanizzatore K-1-

Colonna K-1 opera nella modalità di condensazione incompleta del prodotto di testa - frazione metano-etano. Frigorifero ad ammoniaca-

Riso. 102. Schema tecnologico impianto di frazionamento gas (GFU):

CC-1- compressore del gas; XK-1- refrigeratore d'acqua; XK-2, XK-3- frigoriferi ad ammoniaca; XK-4, XK-5, XK-6 - refrigeratori d'aria; P-1, P-2, P-3, P-4- separatori-collettori di gas liquido; K-1 - deetanizzatore; K "2 - debutanizzatore; K-3 - colonna di propano; K-4 - colonna di isobutano; Mi-1, Mi-2, Mi-3, Mi-4 - serbatoi di irrigazione; H-1, H-2- pompe.

Nick HK-3 raffredda la fascia per la testa a 0°C; allo stesso tempo, la condensa (parte più pesante del gas secco - etano) circola sotto forma di irrigazione e la quantità rimanente di gas secco lascia la parte superiore del serbatoio E-1. Residuo deetanizzato dalla colonna K-1 inserisce l'ulteriore separazione nella colonna K-2. Colonna K-2 serve a separare la frazione propano-butano da Cs e idrocarburi superiori. Fascia per la testa della colonna K-2 dopo la condensazione e il raffreddamento, funge parzialmente da irrigazione di questa colonna; il resto della condensa va alla colonna di propano K-3, dove la frazione di propano è separata. in una colonna K-4 avviene la separazione N- e iso: butano.

Di seguito sono riportati i principali parametri operativi delle colonne dell'HFC descritto e il numero di piastre nelle colonne:

Gli impianti per il frazionamento del gas mediante rettifica sono caratterizzati da alcune caratteristiche. La necessità di condensazione totale o parziale del cielo rende necessario effettuare la rettifica in pressione, che è tanto maggiore quanto più leggero è il cielo. Tuttavia, l'aumento della pressione rende difficile la separazione. Ad esempio, per una miscela binaria di propano + isobutano, la volatilità relativa a a 100 ° C e 2 MPa è “1,7, e alla stessa temperatura, ma a 1 MPa già a = 1,9, cioè la separazione è facilitata.

Il successivo utilizzo di componenti gassosi richiede una separazione abbastanza netta e un'elevata selezione dal potenziale, quindi le colonne HFC contengono un gran numero di piastre. È noto che la velocità del vapore ammissibile nelle colonne è funzione della differenza di densità tra il riflusso caldo che scende dalla piastra e il vapore che sale nella stessa sezione. Poiché un aumento della pressione a 1–2 MPa aumenta la densità del vapore di un fattore rispettivamente di 10–20 (rispetto alle condizioni di separazione alla pressione atmosferica), le velocità del vapore consentite nelle colonne HFC non superano 0,20–0,25 m/s.

Lo schema HFC descritto è di scarsa utilità se il gas è ricco di metano, tipico, ad esempio, per i gas di cracking termico e di coking. In questo caso, nella vasca di irrigazione della prima colonna (deetanizzatore), a causa dell'elevata pressione parziale del metano, non è possibile ottenere una condensazione anche parziale del gas. La colonna funziona solo come evaporatore ed è necessario includere un'unità per la separazione preliminare per assorbimento della frazione metano-etano nello schema di frazionamento del gas, ovvero per separare il gas secondo lo schema di assorbimento-rettifica (AGFU).

L'uso dell'assorbimento convenzionale non è abbastanza efficace, poiché l'assorbimento da solo non può ottenere una netta separazione e se il gas secco viene selezionato al 100% del contenuto potenziale nella miscela di gas, porterà inevitabilmente con sé alcuni dei componenti più pesanti. Se invece la frazione Cs è completamente assente nel gas secco, una parte del gas secco lascerà insieme all'assorbente saturo e, quando quest'ultimo verrà spogliato, cadrà nelle frazioni Cs-C 4 .

L'apparato attualmente più utilizzato è chiamato assorbitore frazionatore e combina i processi di assorbimento della frazione C3 e desorbimento del gas secco (pertanto, un assorbitore frazionato è talvolta chiamato assorbitore-desorbitore). L'assorbitore di frazionamento è una colonna combinata; l'assorbente freddo entra nella parte superiore di esso e il calore viene comunicato alla parte inferiore. Il gas umido viene immesso nella parte centrale dell'apparato (Fig. 103). Tipicamente, ci sono 40-50 vassoi nell'apparato, distribuiti approssimativamente equamente tra le sezioni di assorbimento e desorbimento. Di conseguenza, molti

contatto graduale delle fasi gassosa e liquida nella tomaia H parti dell'apparato assorbivano la parte più pesante del gas; scorrendo verso il basso, l'assorbente saturo incontra parfas sempre più calde desorbite dal liquido che scorre nelle parti inferiori della colonna. Di conseguenza, dall'alto dell'assorbitore di frazionamento parte

Asciutto un gas contenente idrocarburi Ci-C 2, e dal basso, insieme ad un assorbente magro, vengono allontanati gli idrocarburi C 3-3-C 4 .

Riso. 103. Assorbitore di frazionamento (deetanizzatore):

io - colonna; 2, 4 - frigoriferi "assorbenti; 3 - pompe; 5 - bollente

La pressione nell'assorbitore di frazionamento viene solitamente mantenuta tra 1,2 e 2,0 MPa, sebbene in alcuni casi raggiunga i 3 MPa. Con un aumento della pressione, aumenta l'assorbimento degli agenti di pulizia del gas, ma va tenuto presente che un aumento della pressione nell'intervallo 1,2-2 MPa non contribuisce molto all'assorbimento del propano e, allo stesso tempo, l'assorbimento non cumulativo di etano aumenta in modo significativo (le costanti di equilibrio degli idrocarburi Cu-Cr diminuiscono con l'aumentare della pressione in misura maggiore rispetto agli idrocarburi Cz-C 4).

Di seguito è riportato lo schema di un'unità* di separazione gas congiunta e gassificazione di benzine da cracking catalitico operante presso uno degli impianti (Fig. 104). Le lacune principali sono l'assorbitore frazionato a gas 3, colonna di stabilizzazione 8, torre di propano 11 colonna di butano sh 14.

Gas umido proveniente dal separatore di gas attraverso la parte superiore del microfiltro disoleatore/entra nell'unità di pulizia UN monuet-nolamine e poi dai compressori viene immesso nell'assorbitore ad espansione della frazione di gas 3; la benzina instabile dal fondo del serbatoio viene pompata lì come irrigazione 2, nonché (leggermente al di sopra dell'ingresso del gas) la condensa formatasi a seguito della compressione del gas umido e il liquido proveniente dal microfiltro disoleatore /.

L'assorbente principale fornito nella parte superiore dell'assorbitore 3, serve benzina instabile dal serbatoio 2\ inoltre, viene fornita benzina stabile (diversi piatti più in alto) per assorbire il riporto di benzina instabile. L'assorbitore ha un sistema

tre irrigazioni circolanti per la rimozione del calore di assorbimento; i flussi circolanti vengono raffreddati in refrigeratori d'acqua 4 e ritorno al piatto sovrastante. Il gas secco passa attraverso un separatore di gas 5, dove una certa quantità di condensa si separa” ed entra nella rete gas dell'impianto.

gas secco

1 - separatore di gocce; 2, 10 - contenitori; 3 - assorbitore di frazione di gas; 4 - Frigoriferi d'irrigazione circolanti; 5 - separatore di gas; 6 - forno tubolare (riboiler); 7 - scambiatori di calore; 8 - stabilizzatore; 9 - frigoriferi-condensatori; 11 - colonna di propano; /2-. frigoriferi; 13 - ribollitori; 14 - colonna di butano; UN - unità di purificazione del gas con ammina monoetanolica; B - sala compressori; IN - blocco per la purificazione e l'essiccazione del distillato di stabilizzazione; G- blocco dell'alcalinizzazione della benzina stabile.

La benzina de-etanizzata con frazioni C 3 -C 4 assorbite viene riscaldata nello scambiatore di calore 7 e immessa nella colonna di stabilizzazione 8, il cui scopo è la debutanizzazione della benzina. Cottura al forno 6 (a due sezioni) è un ribollitore per colonne 3 a 8. La benzina stabile passa attraverso lo scambiatore di calore 7, cede calore alla benzina instabile e alla materia prima della colonna di propano, si raffredda nel frigorifero 12 e va al blocco G alcalinizzazione. Il distillato (testa) di stabilizzazione viene condensato nel frigorifero-condensatore 9 e dal contenitore 10 parzialmente pompato per l'irrigazione della colonna 8\ il resto del distillato viene inviato sequenzialmente alla purificazione con monoetanolammina e soluzione alcalina e all'essiccamento con glicole dietilenico. Quindi il distillato, costituito principalmente da frazioni Cs-C4, viene inviato alla colonna E per separare la frazione propano-propilene, che viene rimossa dall'impianto dalla parte superiore di questa colonna dopo la condensazione e il raffreddamento.

Il resto della colonna 11 scorre nella colonna 14, dove si ha un'analoga separazione della frazione butano-butilene dal residuo più pesante (principalmente la frazione C5), che attraverso il frigorifero 12 si unisce al flusso di benzina stabile. In vista di

Tabella 41

Assorbitore3 Colonna8 ColonnaJ1 Colonna14

Indicatori

Diametro, mm

Distanza tra le piastre, mm Pressione, MPa Temperatura, °C

sezione di alimentazione

Frequenza di irrigazione

Nota. Ogni colonna contiene 60 vassoi con valvola a doppio flusso.

il fatto che la temperatura del fondo delle colonne io e 14 relativamente piccole (Tabella 41), sono riscaldate da ribollitori a vapore 13.

L'installazione descritta ha una capacità di progetto di 417mila tonnellate all'anno, di cui 257mila tonnellate di benzina instabile e 160mila tonnellate di gas umido. Nel processo di funzionamento, la produttività dell'installazione ha superato quella di progettazione. Purezza della frazione propano-propilene 96%, butano-butilene 97%; selezione dal potenziale, rispettivamente, 82 e 95%; il gas secco conteneva solo lo 0,3% della frazione C 4 e quasi il 90% era costituito da frazioni fino a C 2 (compreso).

Di solito, nell'unità di distillazione per gas insaturi, viene praticata la separazione delle frazioni C 3 e C 4 senza la loro successiva separazione nelle parti limitanti e insature. Se la raffineria prevede la polimerizzazione del propilene o il suo utilizzo come componente della materia prima di alchilazione, il propano che accompagna il propilene non influisce negativamente su questi processi. Poiché il propilene reagisce completamente, il propano viene quindi facilmente separato dai prodotti. Lo stesso si può dire di N- butano. Se l'impianto ha un cracker catalitico, di solito è accompagnato da un'unità di alchilazione di isobutano di olefine; la frazione di zavorra in questo processo è n-butano, che viene poi isolato dal catalizzatore.

UTILIZZO DI COMPONENTI A GAS

Le frazioni di gas secco, propano-propilene e butano-butilene lasciano le unità AGFU dell'unità di separazione dei gas insaturi. Tipici gas industriali da idrocarburi insaturi contengono solo olefine: etilene, propilene, butilene. Gli idrocarburi di maggiore insaturazione - acetilene, butadiene - si trovano solo nei gas di pirolisi e nei gas di cracking termico compaiono solo con un significativo inasprimento del regime.

La polimerizzazione delle olefine gassose può produrre una varietà di prodotti, dalle frazioni di benzina leggera ai polimeri ad alto peso molecolare, il cui peso molecolare raggiunge i due o tre milioni.

Negli anni '30 il processo di polimerizzazione catalitica selettiva dei butilene fu largamente utilizzato allo scopo di una successiva idrogenazione del dimero (iso-CgHie) e ottenere così l'isoottano tecnico, componente della benzina per aviazione. Questo processo ha successivamente perso il suo significato, poiché è stato sostituito dall'alchilazione catalitica dell'isobutano, che è contenuto in grandi quantità nei gas di cracking catalitico, con i butileni. Successivamente è stato introdotto un processo per la produzione di polimero-benzina a base di propilene, che era meno raro. L'acido fosforico supportato su quarzo viene utilizzato come catalizzatore. La polimerizzazione viene effettuata a 220-230 ° C, 6,5-7,0 MPa e velocità spaziale della materia prima da 1,7 a 2,9 h -1. Viene anche utilizzata la copolimerizzazione di propileni e butileni o butileni e amileni.

Gli idrocarburi saturi contenuti nella carica di polimerizzazione non reagiscono naturalmente, ma hanno un effetto benefico sull'equilibrio termico del reattore, evitando che la reazione vada troppo in profondità, che è accompagnata dalla formazione di polimeri più pesanti. Il calore di polimerizzazione è "1550 kJ (370 kcal) per 1 kg di propilene. Il numero massimo di ottano - circa 90 - ha un polimerizzato ottenuto dalla frazione butilenica (dimero); la benzina - un prodotto della polimerizzazione del propilene - ha un numero di ottano di circa

10 sotto (80-82 con metodo motorio). Secondo la composizione chimica, il polimero-benzina, ovviamente, è costituito quasi interamente da olefine, il che ne causa la bassa stabilità chimica durante lo stoccaggio e la bassa iniettività al liquido etilico; con l'aggiunta di 3 ml di TES, il numero di ottano del polimero-benzina aumenta di sole 3-4 unità.

Il grande bisogno di propilene dell'industria petrolchimica ha costretto ad abbandonare l'uso di questa olefina per la produzione di benzine polimeriche.

Alchilazione catalitica di isobutano con olefine

L'essenza del processo. Il processo di alchilazione consiste nell'aggiunta di un'olefina alla paraffina con la formazione del corrispondente idrocarburo di peso molecolare più elevato.Dal punto di vista della struttura molecolare, l'alchilparaffina risultante può essere considerata come la paraffina originaria, nella quale si l'atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo alchilico.Tuttavia, la reazione principale è accompagnata da una serie di reazioni collaterali, che danno luogo a una miscela di idrocarburi più o meno complessa.

Varie modifiche al processo di alchilazione sono state apportate nell'industria della raffinazione del petrolio. Gli impianti più comuni per l'alchilazione dell'isobutano con olefine (principalmente butileni) per ottenere un'ampia frazione di benzina - alchilato. L'alchilato, costituito quasi interamente da isoparaffine, ha un elevato numero di ottano (90-95 secondo il metodo del motore) ed è utilizzato come componente di benzine per automobili e aviazione. Per qualche tempo, anche il prodotto dell'alchilazione del benzene con il propilene, l'isopropilbenzene (cumene), è stato ampiamente utilizzato come componente ad alto numero di ottano della benzina per aviazione. A causa della continua riduzione della produzione di carburante per aviazione per i motori a carburatore, il cumene ha perso la sua importanza come componente del carburante, ma viene utilizzato come intermedio nella produzione di fenolo e acetone. Negli anni

Durante la seconda guerra mondiale, un altro componente ad alto numero di ottani, il neoesano (2,2-dimetil-butano), fu prodotto (in quantità limitate) mediante alchilazione termica dell'isobutano con l'etilene.

Nel 1932 V.N. Ipatiev mostrò la possibilità dell'interazione dell'isobutano, precedentemente considerato un idrocarburo "inerte", con le olefine. AlCl è stato utilizzato come catalizzatore. Questa reazione, poi sviluppata utilizzando altri catalizzatori - acido solforico e successivamente acido fluoridrico - è stata rapidamente introdotta nell'industria. I primi impianti industriali per l'alchilazione dell'acido solforico furono messi in funzione alla fine degli anni '30 e gli impianti per l'alchilazione del fluoridrico nel 1942. Inizialmente il prodotto target era esclusivamente un componente di benzina per aviazione ad alto numero di ottani e solo nel dopoguerra iniziò l'alchilazione da utilizzare per migliorare le qualità motorie della benzina per motori commerciali.

In un processo di alchilazione industriale, è più facile ed economico ottenere un componente della benzina ad alto numero di ottani rispetto al processo precedentemente utilizzato di polimerizzazione catalitica dei butileni con successiva idrogenazione del dimero a isoottano. La sostituzione della polimerizzazione selettiva dei butileni con l'alchilazione catalitica dell'isobutano con i butileni ha fornito i seguenti vantaggi:

1) ottenere benzina ricca di isoottano in uno stadio invece di un processo di polimerizzazione - idrogenazione a due stadi;

2) dimezzare il consumo di olefine pregiate per ottenere la stessa quantità di componente ad alto numero di ottano;

3) nessun consumo di idrogeno per l'idrogenazione;

4) coinvolgimento più completo delle olefine contenute nei gas vegetali; durante l'alchilazione le olefine reagiscono completamente, mentre durante la polimerizzazione un'olefina meno attiva (ad esempio n-butilene nella polimerizzazione di una miscela di butileni) rimane parzialmente non reagita.

Tuttavia, l'alchilazione catalitica dell'isobutano iniziò a svilupparsi intensamente solo a seguito della diffusa introduzione di unità di cracking catalitico. Il gas di cracking catalitico, ricco di isobutano, forniva agli impianti di alchilazione uno dei componenti della materia prima e i gas di processo termico dovevano essere utilizzati per produrre olefine.

I principali fattori del processo. Come catalizzatori di alchilazione industriale vengono utilizzati solo acido solforico e acido fluoridrico liquido. La scelta di queste sostanze è dovuta alla loro buona selettività, alla facilità di manipolazione dei catalizzatori liquidi, alla relativa economicità e ai lunghi cicli di funzionamento dell'impianto dovuti alla possibilità di rigenerazione o al continuo ripristino dell'attività del catalizzatore.

L'alchilazione catalitica in presenza di acido solforico o acido fluoridrico può essere sottoposta solo a paraffine isostrutturali contenenti un atomo di idrocarburo terziario attivo. In questo caso, l'alchilazione dell'isobutano con l'etilene è difficile, ovviamente a causa della stabilità dei composti intermedi risultanti - eteri. L'alchilazione con il propilene e specialmente con i butileni procede piuttosto in profondità. La concentrazione dell'acido è decisiva. Quindi, per l'alchilazione dell'isobutano con butilene, si può usare acido solforico al 96-98%, mentre per l'alchilazione con propilene si usa solo acido al 98-100%.

Tipicamente, come risultato della principale reazione di aggiunta di isobutano all'olefina, si verifica l'isomerizzazione strutturale simultanea, che indica la più alta probabilità del meccanismo della catena di ioni carbonio. Insieme alla principale reazione di alchilazione, in cui viene consumata 1 mole di olefina per 1 mole di isobutano, si verificano reazioni secondarie.

1. Trasferimento di idrogeno o autoalchilazione. Quindi, l'interazione dell'isobutano con il propilene va parzialmente nella seguente direzione:

2iso-C 4 H 10 -j- C 3 H e -> iso-C 8 H 18 -j- C 3 H 8

Questa reazione è indesiderabile, poiché provoca un aumento del consumo di isoparaffina e la formazione di propano di basso valore.

2. Alchilazione distruttiva. I prodotti primari di alchilazione vengono scissi e l'olefina risultante (diversa dall'originale) reagisce nuovamente con la paraffina originale, ad esempio:

2"zo-C4H10+SdH, -> iso- C5H12+ iso- da C a H 14

3. Polimerizzazione. I catalizzatori acidi provocano la polimerizzazione delle olefine, pertanto il regime sfavorevole per l'alchilazione - una bassa concentrazione di isoparaffina, un'attività catalitica insufficiente e una temperatura elevata - provocano la comparsa di polimeri nella composizione dei prodotti di alchilazione.

Nel processo di alchilazione si verifica una graduale disattivazione del catalizzatore: un calo della concentrazione dell'acido e il suo oscuramento, causato dall'interazione dell'acido con idrocarburi insaturi e umidità. L'umidità può essere contenuta nella materia prima e si forma anche come risultato dell'interazione laterale delle olefine con. acido:

SlN 2P + H a S0 4< - ¦ ? - С Л Н 2Л _2 + 2Н 2 0 -t- so 2

Diminuendo la concentrazione di acido si indebolisce la reazione di alchilazione target e si aumenta la proporzione di olefine polimerizzate. La concentrazione di acido richiesta nella zona di reazione viene mantenuta mediante sostituzione parziale o completa dell'acido esaurito con acido fresco.

La reazione di alchilazione procede con un effetto termico positivo ("960 kJ, ovvero 230 kcal per 1 kg di alchilato"). Per mantenere il regime isotermico, il calore rilasciato deve essere continuamente rimosso dalla zona di reazione.

Termodinamicamente, l'alchilazione è una reazione a bassa temperatura. Limiti di temperatura per l'alchidazione industriale dell'acido solforico da 0 a 10 °С; l'alchilazione in presenza di acido fluoridrico viene effettuata a una temperatura leggermente superiore - circa 25-30 °C. Questa differenza si spiega con il fatto che a temperature superiori a 10-15°C l'acido solforico inizia ad ossidare intensamente gli idrocarburi.

L'abbassamento della temperatura, pur rallentando l'alchilazione, ne aumenta la selettività verso la formazione del prodotto primario di alchilazione, e quindi migliora la qualità dell'alchilato risultante. Una diminuzione della temperatura di 10-11 °C provoca un aumento del numero di ottano dell'alchilato di circa 1. Una diminuzione eccessiva della temperatura è limitata dalla temperatura di solidificazione dell'acido del catalizzatore, nonché un aumento della viscosità del catalizzatore e, di conseguenza, la difficoltà di disperderlo nella miscela di reazione. La possibilità di condurre la reazione a temperatura più elevata è uno dei vantaggi dell'acido fluoridrico, in quanto semplifica il sistema di rimozione del calore dalla miscela di reazione.

La pressione nel reattore viene scelta in modo tale che tutta o la maggior parte della carica idrocarburica sia in fase liquida. La pressione nei reattori industriali è in media di 0,3-1,2 MPa.

I catalizzatori utilizzati provocano la polimerizzazione delle olefine, per cui è necessario che la concentrazione di olefine nella miscela di reazione sia significativamente inferiore a quella richiesta dall'equazione di reazione stechiometrica. A tale scopo, è praticato

Tabella 42. Indicatori e resa del prodotto nella produzione di alchilato, un componente della benzina per motori

Dati di O. Iverson e L. Schmerling

* Resa in alchilato totale depentanizzato.

aggiungendo materie prime con un flusso di isobutano, che circola continuamente nel sistema. Il rapporto molare isobutano:olefina nella miscela idrocarburica che entra nell'alchilazione è solitamente (4-=-10) : 1; il più comunemente usato è una diluizione di sei o sette volte. Con un eccesso di isobutano, la qualità dell'alchilato aumenta e non solo viene soppressa la polimerizzazione, ma anche le reazioni collaterali della dealchilazione. Poiché la selettività del processo aumenta con un elevato rapporto di isobutano, il consumo di olefine per unità di quantità di isobutano è ridotto. Aumentare il rapporto isobutano:olefine oltre 10:1 è inefficace. Va tenuto presente che con un aumento del tasso di espansione dell'isobutano, aumentano i costi operativi per la sua circolazione e raffreddamento, ed è anche necessario aumentare le dimensioni degli apparati principali.

Di grande importanza è l'intensità di miscelazione della fase idrocarburica e del catalizzatore, per il fatto che la loro reciproca solubilità è molto bassa. Ovviamente la reazione avviene nella fase catalitica e al confine di fase tra l'isobutano disciolto nel catalizzatore e il componente olefinico della carica. In assenza o carenza di isobutano, il contatto dell'olefina con l'acido provoca la polimerizzazione delle olefine. La miscelazione intensiva favorisce anche la separazione dell'alchilato risultante dal catalizzatore. La volontà di aumentare la concentrazione di isobutano nel punto di ingresso della miscela ha portato allo sviluppo di speciali dispositivi di miscelazione e circolazione che consentono di aumentare la

il rapporto tra isobutano e olefina nella miscela in entrata è fino a 100: lH o più. Dai dati in Tav. 42 si può notare che il rapporto tra H30 -H butano e olefina nella miscela di alimentazione iniziale dovrebbe essere vicino a quello teorico. Il più alto numero di ottano di alky-R lata si osserva con materie prime butilene. IO

Il concetto della durata della reazione è condizionale per questo processo, poiché, in accordo con quanto sopra, E la reazione potrebbe non procedere nell'intero volume del catalizzatore Condizionale La durata della reazione. IN

La quantità di acido disperso nel reattore dovrebbe essere considerata come il volume del catalizzatore, poiché il resto di esso, P cadendo-B cedendo nella zona di sedimentazione o non formando un'emulsione e 3 (- a causa di una miscelazione non sufficientemente intensa B , infatti, non catalizzerà l'alchilazione.Tuttavia, questo volume non può essere preso in considerazione, e in questo caso la velocità spaziale condizionata è espressa dalla quantità volumetrica di olefine fornite all'ora per unità di volume del catalizzatore.Lo scambio di massa insufficiente provoca localmente surriscaldamento della miscela di reazione e diminuzione della qualità dell'alchilato. La velocità di alimentazione volumetrica media delle olefine per l'alchilazione dell'acido solforico è di 0,1-0,6 h -1.

La completezza della reazione è assicurata quando la fase idrocarburica rimane nel reattore per un tempo lungo di 5-10 min per l'alchilazione fluoridrica e di 20-30 min per l'alchilazione acido solforico–B th. In questo caso il rapporto in volume tra catalizzatore e idrocarburo è assunto pari a 1: 1 (questo è stabilito in base alla presenza nel reattore di un'emulsione omogenea di idrocarburi in acido). Un aumento del volume relativo di acido non danneggia il processo! su, ma aumenta la viscosità della miscela e, di conseguenza, il consumo di energia! gii per la miscelazione; una diminuzione della proporzione di acido porta a ! la formazione della sua emulsione in idrocarburo, al deterioramento della Qualità I dell'alchilato e ad un aumento del consumo di catalizzatore. Rapporto acido-I lotto: l'idrocarburo varia leggermente a seconda del con-? concentrazione di acido, sua densità, qualità delle materie prime, tipo di reattore \ ecc. Il rapporto 1:1 di cui sopra è una media. I Impianti industriali per l'alchilazione dell'acido solforico Nell'industria della raffinazione del petrolio, il processo di alchilazione dell'acido solforico è il più comune Il calore rilasciato viene rimosso in due modi: 1) raffreddando la miscela di reazione attraverso la superficie di scambio termico; 2) raffreddare la miscela per sua parziale evaporazione. Di conseguenza, ci sono due tipi di reattori.

Sulla fig. 105 e 106 sono schizzi dei reattori del primo tipo, i cosiddetti contattori.

Sulla fig. 105 mostra un contattore verticale (altezza totale '11,7 m, diametro interno '2 m) di tipo più vecchio, progettato per una piccola portata. La miscela di reazione viene raffreddata con ammoniaca o propano circolanti attraverso doppi tubi.

hmdoagent1

Freddo agente

Prodotti

reazioni

Acido

Materia prima

Riso. 105. Contattore verticale:

IO- telaio; 2 - involucro cilindrico; 3 - fascio di tubi; 4 - pompa dell'elica.

Uscito dalle estremità aperte delle camere d'aria, il gas liquefatto passa nell'intercapedine anulare esterna e, evaporando, esce dal sistema. La rimozione del calore è regolata modificando la pressione nel sistema di raffreddamento. La miscela di reazione viene agitata con una pompa ad elica; l'azionamento è un motore elettrico o una turbina a vapore. Il volume di lavoro del reattore è diviso da un setto cilindrico; una miscela di idrocarburi e acido, azionata da una pompa ad elica, circola continuamente nell'apparato, salendo lungo la sezione anulare e scendendo lungo il cilindro interno, dove viene sottratto calore ad esso attraverso la superficie dei tubi di raffreddamento. Per ottimizzare il flusso verso l'alto, le nervature verticali sono saldate al deflettore cilindrico.

In un contattore orizzontale (Fig. 106), l'introduzione di materie prime e un catalizzatore viene eseguita con maggior successo: cadono immediatamente nella zona della miscelazione più intensa. Successivamente, la miscela viene pompata attraverso lo spazio anulare e all'estremità opposta dell'apparato si trasforma nel cilindro interno. La disposizione orizzontale dell'apparato

Elimina la necessità di una trasmissione ad ingranaggi per l'attuatore e facilita la manutenzione del contattore. Nell'apparato ha luogo una circolazione estremamente intensa; la sua molteplicità raggiunge i 200 m 3 al minuto nelle grandi installazioni. Con un tale rapporto di circolazione, la miscela in arrivo viene quasi istantaneamente miscelata con l'emulsione che riempie il reattore. Il rapporto isobutano:olefina nel punto di ingresso della corrente di alimentazione raggiunge 500:1 o più. Orizzonte-

Riso. 106. Contattore orizzontale:

1 - fascio di tubi; 2, 5 - tubo di circolazione; 3 - telaio; 4 - agitatore ad elica:

6 - lame guida; 7 - turbina.

Tali contattori sono strutturalmente più semplici. Differiscono anche in quanto un flusso di prodotti di reazione viene utilizzato come refrigerante. La loro portata è maggiore di quella degli apparecchi verticali, ma può essere aumentata solo fino a certi limiti, poiché l'utilizzo di contattori molto grandi peggiora la qualità della miscelazione; preferiscono quindi installare almeno tre o quattro contattori.

Il sistema di alimentazione dei dispositivi è di grande importanza. L'esperienza nel funzionamento degli impianti di alchilazione dell'acido solforico ha dimostrato che è opportuno alimentare sequenzialmente l'isobutano circolante e il catalizzatore nel contattore, ed è meglio alimentare parallelamente la miscela iniziale di idrocarburi (isobutano e olefine), distribuendola in flussi secondo il numero di contattori. In questo caso, la proporzione relativa di olefine nella miscela di reazione diminuisce, il che consente di aumentare la selettività del processo, ridurre il consumo di acido solforico e migliorare la qualità dell'alchilato.

Tale cambiamento nel sistema di alimentazione del reattore in una delle unità di alchilazione dell'impianto di Grozny ha ridotto* il consumo di acido del 35%. A volte, con un tale schema di funzionamento dei contattori, viene praticata un'ulteriore fornitura parallela di acido. Ad esempio, in un sistema di quattro contattori, l'isobutano circolante passa in serie, l'idrocarburo originario

il flusso è diviso in quattro paralleli e l'acido, dopo aver superato il primo e il secondo reattore, si deposita dalla fase idrocarburica nel sedimentatore e ritorna nuovamente al primo reattore. Analogamente, il terzo reattore riceve acido dal pozzetto che serve il terzo e quarto reattore.

Nei reattori di alchilazione Di L'intensità della miscelazione della miscela di reazione è di grande importanza. Diminuire E 91 la temperatura aumenta di otto ~

13 pi W P id Temperatura°?

Riso. 107. Effetto della temperatura sul numero di ottano dell'alchilato.

nuovo numero di alchilato<§ 30

(figura 107). Tuttavia, è stato dimostrato che per un dato numero J 89 giri (320-380 al minuto), la temperatura non deve essere inferiore a 10-11°C, poiché con un'ulteriore diminuzione della viscosità dell'emulsione di reazione, essa aumenta tanto da richiedere un maggior numero di giri dell'agitatore . Pertanto, la temperatura di reazione e la velocità dell'agitatore devono essere in combinazione ottimale - in particolare per i contattori verticali, si consigliano 8 °C e 500-520 rpm con un tempo di contatto di 8-10 minuti*.

Il reattore a cascata corrisponde più pienamente alle moderne centrali ad alta potenza (Fig. 108). Questo è un reattore del secondo tipo, dove la miscela viene raffreddata per evaporazione parziale. Il reattore in cascata è un apparato cilindrico orizzontale a più sezioni di spostamento dotato di agitatori e zona di decantazione a due sezioni. L'isobutano circolante e l'acido solforico entrano nella prima sezione di miscelazione; la materia prima - una miscela di isobutano con olefine - è uniformemente distribuita su tutte le sezioni, per cui in ciascuna zona viene fornito un significativo eccesso di isobutano. Lo schema della sezione di miscelazione è riportato in fig. 109. Al di sopra degli agitatori sono presenti serpentine per l'immissione delle materie prime e tubi forati verticali per la circolazione dell'emulsione. La direzione del flusso dell'emulsione è visibile in Fig. 109.

La modalità di pressione accettata nel reattore è la seguente: nella prima sezione di miscelazione 0,15-0,20 MPa, la caduta di pressione per ciascuna sezione è 0,01-0,02 MPa; la velocità spaziale media delle olefine è di circa 0,3 h - 1 . Nelle ultime due sezioni, l'acido viene separato dallo strato di idrocarburi. La temperatura e la pressione nel reattore forniscono l'evaporazione parziale della fase idrocarburica, principalmente il componente più leggero - isobutano. evaporato-

il gas viene aspirato da un compressore e, dopo raffreddamento e condensazione, viene riportato nella zona di reazione. Il calore di reazione rilasciato viene rimosso dal calore di evaporazione dell'isobutano. La temperatura nel reattore viene mantenuta automaticamente a un dato livello.

Il reattore in cascata può avere da tre a sei sezioni di miscelazione. Esistono impianti con un reattore in cui sono presenti sei sezioni di miscelazione (tre per lato) e una zona di sedimentazione situata nella parte centrale dell'apparato. Uno dei più grandi impianti per l'alchilazione dell'acido solforico con una capacità fino a 950 m

Riso. 108. Reattori del tipo a cascata orizzontale: UN- cinque sezioni; B- Doppio;

1 , 2, 3, 4, 5 - sezioni; b - zona di decantazione acida; 7 - zona di prelievo alchilato; 8 - capacità del nozobutano.

Reattore a 5 stadi con un diametro di "3,5 me una lunghezza di" 22 m.

La presenza di reattori in cascata funzionanti secondo il principio del "raffreddamento automatico" semplifica e riduce il costo degli impianti di alchilazione, in quanto consente di abbandonare il refrigerante (ammoniaca, propano). Un confronto del consumo specifico di acido solforico nei reattori dei progetti descritti indica i vantaggi di un reattore in cascata; per un contattore verticale, questa portata è

Riso. 109. Sezione di miscelazione del reattore in cascata:

1, 2 - sezioni del reattore; 3 - agitatore; 4 - tubi di circolazione.

200-250 kg per 1 tonnellata di alchilato, in cascata 60-100 kg/ton. Il numero di ottano del prodotto target (alchilato leggero) nel primo caso è 90-91 (secondo il metodo motorio), nel secondo 92-95. Tuttavia, i reattori in cascata presentano alcuni inconvenienti: le sezioni sono interconnesse e una violazione del regime in una di esse può portare a un disturbo nel funzionamento dell'apparato nel suo insieme; man mano che l'emulsione si muove, la concentrazione di isobutano diminuisce.

Lo schema tecnologico di base dell'unità di alchilazione dell'acido solforico è mostrato in fig. 110. Questo schema è caratterizzato da una complessa unità di distillazione costituita da quattro colonne di distillazione: propano, isobutano,

colonna di distillazione secondaria di butano e alchilato. La miscela iniziale di idrocarburi viene raffreddata per evaporazione del butano in frigorifero ed entra in cinque correnti parallele nelle sezioni di miscelazione del reattore; nella prima sezione vengono alimentati anche l'isobutano circolante e l'acido solforico. L'acido solforico esce dalla zona di sedimentazione del reattore (per la circolazione o per lo scarico) A una miscela di idrocarburi che viene neutralizzata con alcali e lavata con acqua.

La parte di idrocarburi evaporata nel reattore attraverso il rompigoccia entra nell'aspirazione del compressore 2, che lo alimenta attraverso un frigorifero in un contenitore e una colonna di propano 3. Questa colonna serve a separare e rimuovere il propano dall'impianto per evitare il suo graduale accumulo nell'impianto. Il resto della colonna di propano - isobutano - circola parzialmente attraverso il radiatore grezzo e l'aspirazione del compressore 2, e si unisce parzialmente al flusso totale di isobutano circolante. Il principale flusso di idrocarburi dal colonizzatore 5 viene inviato alla colonna di isobutano 6 per separazione dell'isobutano ricircolante. La connessione di testa di questa colonna - isobutano - viene restituita alla prima miscela -

iniziale

carboidratiZoroda

"4 p Yu

ecc-^Pesante

alchilato

Alcali + baud

Riso. 110. Schema tecnologico dell'alchilazione dell'acido solforico del nozobutano con olefine:

1 - reattore; 2 - compressore; 3 - colonna di propano; 4 - serbatoi di irrigazione; 5 - pozzetto; 6 - colonna di isobutano; 7 - colonna di butano; 8 - Colonna di distillazione secondaria Alknla; 9 - apparato a coalescenza; 10 - separatore.

la sezione del corpo del reattore. Con un certo eccesso di isobutano fresco nella materia prima, è prevista la sua rimozione. Il resto della colonna di iso-butano entra nella colonna di butano 7 per un'ulteriore separazione, e il resto della colonna di butano va alla colonna 8 per la distillazione dell'alchilato. I vapori della frazione bersaglio (alchilato leggero) escono dalla parte superiore di questa colonna e l'alchilato pesante, che bolle sopra i 150-170 ° C e viene solitamente utilizzato come componente del cherosene, esce dal fondo.

A tavola. 43 presenta i dati sulle colonne di distillazione di un grande impianto di alchilazione e la loro modalità di funzionamento. Per una netta separazione dei prodotti, le colonne sono dotate di ribollitori a vapore e, come si può vedere dalla tabella, presentano un numero significativo di piastre. Invece di un flusso di isobutano circolante, è possibile depropanizzare la distillazione della colonna di isobutano. Il vantaggio di un tale sistema è una concentrazione leggermente superiore di propano nell'alimentazione della colonna di propano, che facilita la separazione del propano.

In molti moderni impianti di alchilazione dell'acido solforico, la corrente di idrocarburi in uscita dal reattore viene purificata con bauxite e solo successivamente neutralizzata con alcali e lavata con acqua. Questa purificazione è necessaria per separare gli esteri formati sotto l'azione del catalizzatore. Se trattato con alcali, solo una parte dei prodotti acidi viene neutralizzata e il più persistente degli esteri o si decompone quando riscaldato e provoca la graduale formazione di fanghi nel sistema di distillazione e corrosione, oppure entra nell'alchilato commerciale e ne riduce le prestazioni antidetonanti.

Per rimuovere queste impurità dannose, il flusso di idrocarburi dopo il reattore viene inviato in sequenza ad un coalescente riempito di lana di vetro e ad una o due colonne riempite di bauxite. Lo scopo dell'apparato di coalescenza è quello di rimuovere le più piccole goccioline di acido contenute nel flusso di idrocarburi. Le colonne di bauxite funzionano alternativamente: attraverso 1 kg di bauxite si possono far passare da 500 a 1500 mA di alchilato (a seconda del grado della sua contaminazione con eteri), dopodiché il flusso di idrocarburi viene commutato sulla seconda colonna. La rimozione di tracce di acido solforico ed esteri da parte della bauxite si basa sull'adsorbimento selettivo di questi composti polari. La salute della bauxite è giudicata dall'inizio del desorbimento - il rilascio di esteri neutri contenenti zolfo insieme ad alchilato. La bauxite contaminata viene soffiata con vapore acqueo, lavata

Tabella 43. Dimensioni e parametri tecnologici delle colonne di distillazione nell'unità di alchilazione dell'acido solforico

Dati di VP Sukhanov

acqua e asciugato facendo passare gas idrocarburico attraverso di esso. La corrente idrocarburica purificata con bauxite viene sottoposta a lavaggio alcalino e con acqua. A causa del fatto che la purificazione della bauxite viene introdotta nello schema di alchilazione, la durata del funzionamento continuo dell'impianto aumenta e supera gli 8 mesi.

L'influenza decisiva sulla formazione degli esteri è esercitata dall'intensità di miscelazione dell'emulsione nel reattore; ad alta intensità di agitazione, gli esteri si decompongono. Un'analisi del funzionamento degli impianti industriali ha mostrato che il contenuto minimo di esteri nell'alchilato totale è stato osservato a una concentrazione di acido solforico dell'89-92% (massa) (Fig. 111). La presenza di un minimo è spiegata dal fatto che a una concentrazione di acido più elevata, la sua interazione con le olefine viene potenziata, cioè viene attivata anche la formazione di esteri. A concentrazioni di acido eccessivamente basse, la sua selettività come catalizzatore di alchilazione diminuisce e gli esteri se ne vanno con i prodotti di alchilazione.

96 94 92 90 88 8$

Concentrazione H2S0 4,% (in peso)

Riso. 111. Dipendenza del contenuto di esteri nell'alchilato totale dalla concentrazione di acido solforico:

1 - alchilazione dell'isobutano con butilene; 2 - alchilazione dell'isobutano con propilene.

Di grande importanza sono la purezza e la mancanza di umidità nella materia prima di alchilazione. È stato dimostrato che riducendo il contenuto di umidità delle materie prime dallo 0,03 allo 0,001% (in peso), è possibile ridurre il consumo di acido solforico di 16 kg (per 1 tonnellata di alchilato). La combinazione di vasche di decantazione poste sul flusso di alimentazione raffreddato davanti ai reattori con la rimozione dell'umidità per adsorbimento dovrebbe dare un effetto economico significativo.

Come risultato di reazioni secondarie, l'alchilato, di regola, contiene frazioni più o meno pesanti - bollenti sopra i 170 ° C, cioè sopra il punto finale del punto di ebollizione delle benzine commerciali. A questo proposito, è necessaria una colonna di distillazione secondaria alchilata. La resa di alchilato pesante in condizioni normali non supera il 5%. In questo caso è determinante la concentrazione di isobutano nella zona di reazione. Poiché il risultato della reazione è determinato dalla composizione della corrente in uscita dal reattore, è importante che in questa corrente sia mantenuta un'elevata concentrazione di isobutano.

La presenza di diluenti inerti (n-butano e propano) degrada la qualità dell'alchilato e la purezza dell'isobutano utilizzato per la circolazione gioca un ruolo molto importante. Quindi, con altri indicatori di regime uguale, un aumento della concentrazione di isobutano in

la corrente idrocarburica in uscita dal reattore dal 40 al 70% (vol.) ha provocato un aumento del numero di ottano dell'alchilato totale da 90 a 92,8; nel primo caso, la differenza tra i numeri di ottano dell'alchilato totale e leggero era “0,9, e nel secondo era solo 0,3, il che indica che la resa dell'alchilato leggero si avvicinava al 100%.

Lo svantaggio dell'alchilazione dell'acido solforico è il consumo piuttosto significativo di acido solforico dovuto alla sua diluizione da sottoprodotti di reazione. Il minor consumo di acido si osserva se si utilizzano butileni puri come materie prime olefiniche; quando si utilizza il propilene, il consumo di acido aumenta di circa tre volte. Come sopra mostrato, il consumo di acido è anche correlato all'intensità di agitazione della miscela di reazione e alla temperatura, il cui aumento aumenta il grado di diluizione dell'acido. Il consumo di acido aumenta anche in presenza di impurità come composti solforati e umidità nella materia prima. I costi del catalizzatore possono essere ridotti utilizzando l'acido esausto per altri scopi (ad esempio, per la raffinazione di oli e altri prodotti petroliferi), nonché rigenerandolo.

Impianti industriali per alchilazione fluoridrica. Negli impianti stranieri, le unità di alchilazione con acido fluoridrico come catalizzatore sono piuttosto diffuse. L'acido fluoridrico liquido è più attivo dell'acido solforico e, a causa della sua volatilità (bp 20 °C), si rigenera più facilmente. Un altro vantaggio di questo catalizzatore è la minore densità (?1,0 contro 1,84 per l'acido solforico). Ciò facilita la formazione di un'emulsione del catalizzatore con la fase idrocarburica nel reattore ed elimina anche la miscelazione meccanica. La concentrazione del catalizzatore utilizzato è del 90% e ha un effetto relativamente scarso sulla resa e sulla qualità dell'alchilato. Tuttavia, il sistema di rigenerazione del catalizzatore è piuttosto complesso.

Sulla fig. 112 è un diagramma schematico di un impianto di alchilazione fluoridrica. La materia prima subisce l'essiccazione della bauxite in colonne 1 ed entra nei reattori 2. Vengono utilizzati reattori di tipo tubolare raffreddati ad acqua, poiché la reazione procede a 20-40 ° C. In alcuni impianti, i reattori sono strutturalmente combinati con vasche di decantazione.Una caratteristica degli impianti di alchilazione fluoridrica è la presenza di un sistema di rigenerazione del catalizzatore. , dopo essersi assestato dal volume principale di HF, entra nella colonna del rigeneratore 4, dove l'isobutano circolante viene separato come flusso laterale. Colonna rigeneratrice 4 riscaldata sul fondo facendo circolare il residuo attraverso il forno 3. Allo stesso tempo, isobutano, propano e catalizzatore vengono rimossi dall'alchilato. A. il riscaldamento del residuo a 200-205 °C distrugge anche i fluoruri organici formatisi

come prodotti collaterali della reazione. Dall'alto della colonna del rigeneratore 4 propano, acido fluoridrico e una certa quantità di isobutano lasciano in fase gassosa. Dopo la condensazione, parte di questa miscela viene restituita ai reattori, parte viene inviata alla colonna per l'irrigazione 4, e il resto viene inviato alla colonna di propano 6, dall'alto

Riso. 112. Schema dell'impianto per l'alchilazione dell'isobutano con olefine in presenza di acido fluoridrico:

1 - colonne di essiccazione; 2 - reattori; 3 - cottura al forno; 4 - colonna rigeneratrice; 5 - pozzetto; 6 - colonna di propano; 7 - riscaldatore a vapore. .

che lascia acido fluoridrico spogliato e propano dal fondo

con tracce di isobutano.

Per un più completo recupero del catalizzatore è prevista anche la rigenerazione (in unità separata) di una parte dello strato acido dal carter. Alchilato dal fondo della colonna 4 dopo il raffreddamento passa attraverso colonne di bauxite, dove viene liberato dal resto dei composti fluorurati. Come risultato di una buona rigenerazione, il consumo di catalizzatore non supera 1 kg per 1 tonnellata di alchilato.

L'utilizzo di un catalizzatore fluoridrico, a causa della sua tossicità e della sua notevole volatilità, richiede l'adozione di severe precauzioni. Viene effettuato un monitoraggio automatico continuo dei punti di possibile fuoriuscita di acido fluoridrico: nei flussi d'acqua, nei reattori di raffreddamento e nei condensatori, nei frigoriferi acidi, ecc. entrato in costumi e maschere speciali. Molta attenzione è rivolta alla selezione dei materiali e alla progettazione di attrezzature, attrezzature e condutture. Vengono utilizzati materiali speciali per guarnizioni da sostanze resistenti all'HF - plastica organofluorurata. Nei luoghi di maggiore corrosione viene utilizzato il metallo monel e l'attrezzatura principale è realizzata in acciaio al carbonio.

L'alchilazione dell'acido solforico domina nelle raffinerie statunitensi, ma all'inizio del 1977 la quota dell'alchilazione fluoridrica raggiungeva già il 40% del totale (per materia prima) contro il 30,6% nel 1970. La crescita relativamente più rapida della capacità degli impianti di alchilazione con idrogeno il fluoruro è spiegato dal miglioramento dello schema di processo. Ad esempio, in alcuni impianti in cui vengono utilizzati solo butileni come olefine, le colonne di strippaggio HF e propano sono escluse dallo schema e lo strippaggio della colonna di isobutano viene riportato direttamente al processo. Vengono descritte installazioni in cui la miscelazione di materie prime con acido viene effettuata in un montante (tubi verticali di grande diametro che collegano i raccordi di uscita dei raffreddatori di acido con il raccordo di ingresso del reattore). Allo stesso tempo, i reattori stessi sono privi di dispositivi di miscelazione, il che elimina la distruzione dell'apparato dall'azione corrosiva dell'acido fluoridrico.

Aumentare le risorse di materie prime per l'alchilazione. Le risorse di materie prime per l'alchilazione sono limitate. L'isobutano si trova in concentrazioni significative solo nei gas del cracking catalitico e dell'idrocracking; può anche essere separato dal gas associato. I butileni sono contenuti nei gas di catalisi, cracking termico e coking e sono assenti nei gas ottenuti dai processi di idrogenazione.

Le risorse di isobutano possono essere aumentate mediante isomerizzazione N- butano su catalizzatori relativi a catalizzatori di isomerizzazione di idrocarburi C5-C6. Unità di isomerizzazione N- il butano può essere combinato con un'unità di alchilazione - con totale% p colonna di isobutano.

Per espandere le risorse di olefine, la frazione propilenica è coinvolta nel processo di alchilazione o sottoposta a deidrogenazione N- butano. Tuttavia, da un lato, un alchilato a base di propilene o la sua miscela con butilene ha un numero di ottani inferiore: quando si usa solo propilene, di circa 5 unità. D'altra parte, il propilene è una preziosa materia prima petrolchimica e la deidrogenazione del m-butano viene più spesso effettuata per ottenere butadiene, materia prima per la produzione di gomma sintetica. È possibile che le risorse di olefine C 3 -C 4 aumentino a causa della crescente tendenza verso una materia prima di pirolisi più pesante E un regime più duro delle unità di cracking catalitico.

UTILIZZO DELL'IDROGENO SOLFURATO CONTENUTO NEI GAS DI IDROCARBURI DEGLI IMPIANTI

I gas di idrocarburi delle raffinerie di petrolio acido contengono idrogeno solforato. Parte di questo idrogeno solforato si forma durante la distruzione termica o catalitica termica dei composti di zolfo meno stabili contenuti nella materia prima del petrolio, durante il suo cracking termico e catalitico e il coking. In questo caso lo zolfo contenuto nella materia prima viene distribuito tra i prodotti del processo. Durante i processi di idrogenazione si verifica una distruzione più profonda dei composti dello zolfo: la maggior parte di essi si trasforma in idrogeno solforato e si concentra nel gas.

A tavola. 44 mostra la resa approssimativa di gas secco e il contenuto di idrogeno solforato in esso durante i principali processi distruttivi di lavorazione delle materie prime petrolifere. Si può vedere che esiste solo un'unità di idrocracking del greggio acido con una capacità di 1 milione di tonnellate all'anno. darà da 2200 a 7700 tonnellate di idrogeno solforato all'anno.

L'idrogeno solforato proveniente dagli impianti di processo viene tipicamente utilizzato nelle raffinerie per produrre zolfo e talvolta per produrre acido solforico. Il metodo industriale più comune per ottenere zolfo a base di gas naturale e di fabbrica è il processo Claus, realizzato in due fasi: 2/xSx+ 2H a O

La prima reazione procede senza un catalizzatore: l'idrogeno solforato viene bruciato con una mancanza d'aria (per evitare un'ulteriore ossidazione di S0 2 a S0 3). Il volume di aria che entra nella zona di combustione deve essere rigorosamente dosato dbiTb per fornire il rapporto richiesto di S0 2 e H 2 S per la seconda fase del processo La temperatura nel forno di combustione H 2 S, a seconda della concentrazione di H 2 S e idrocarburi nel gas, è 1100-1300 °C. Il forno è solitamente un apparato cilindrico orizzontale. Quindi, all'installazione, progettato per ricevere l; 145 tonnellate di zolfo al giorno, il forno del reattore aveva un diametro di 3,66 me una lunghezza di 10,7 m I bruciatori a gas erano montati lungo la lunghezza del forno o su una delle estremità. Lungo l'asse del forno è presente una parete a sella reticolare orizzontale per una migliore miscelazione del gas.

La formazione dello zolfo inizia già nel primo reattore. La reazione del secondo stadio procede sul catalizzatore - ossido di alluminio. Lo schema di installazione è mostrato in fig. 113. I gas caldi dal forno del reattore 1 passano attraverso la caldaia a calore residuo 3, Dove si raffreddano

Tabella 44. Produzione di gas e contenuto di idrogeno solforato v esso durante i principali processi distruttivi di lavorazione degli oli acidi e acidi

Dati I. G.Sorkin

	Produzione di gas per materie prime, % (peso)
Cracking termico del 40% di residuo solforoso

Cracking catalitico di gasolio ad alto vuoto
olio crudo
Cokizzazione ritardata del 28% di residuo crackizzato
miscele di oli orientali
Idrotrattamento del gasolio da solforoso

Hydrocracking dell'olio combustibile. petrolio greggio acido
Cracking da contatto termico del catrame acido
Olio di Arlano

Nota. La resa in gas e il contenuto di HaS sono riferiti a “gas secco*”, cioè “esclusa la distillazione di stabilizzazione. "

fino a circa 450°C, in modo che lo zolfo rimanga in fase gassosa (la temperatura di condensazione del vapore di zolfo è “300°C). Successivamente, il gas viene integrato

Riso. 113. Schema di produzione dello zolfo (processo Claus):

IO- forno-reattore; 2 - soffiatore; 3 - caldaia a calore residuo; 4 - stufa a gas acido; $, 8 - reattori con un catalizzatore; 6 - economizzatore; 7, 0 - scrubber; /0 - collettore di zolfo; Esso- capacità di zolfo commerciale.

completamente raffreddato in uno scambiatore di calore 4 (non inferiore a 340 °C) e la miscela di gas entra nel reattore 5, contenente un catalizzatore.

L'interazione di Hg5 e S0 2 è favorita dalle basse temperature, quindi la reazione è esotermica. Pertanto, la parte catalitica del processo, a sua volta, è suddivisa in due fasi (reattori 5 e 8 ). Temperatura di ingresso del reattore 5 circa 340 °C, al reattore 8 circa 265 °C; l'aumento di temperatura in ciascun reattore è di circa 40 °C; velocità spaziale di alimentazione del gas al catalizzatore W 850 h -1 .

Gas caldi dopo il reattore 5 un economizzatore d'acqua 6 e uno scrubber 7 con passaggio di un ugello, dove i gas vengono ulteriormente raffreddati e separati dallo zolfo condensato, che scorre sotto forma di fuso dal fondo dello scrubber nella raccolta 10. I gas provenienti dallo scrubber 7 vengono riscaldati nuovamente nel preriscaldatore 4 e il reattore 8 e lo scrubber passano in modo simile 9, da dove viene versato anche lo zolfo liquido nella raccolta 10. Entrambi gli scrubber sono spruzzati con zolfo fuso.

Lo zolfo risultante ha un elevato grado di purezza. La maggior parte viene utilizzata per produrre acido solforico. Se a questo scopo non viene utilizzato lo zolfo, ma direttamente l'idrogeno solforato come materia prima, è più costoso. Inoltre, lo zolfo viene facilmente trasportato ai siti di produzione dell'acido solforico, che potrebbero non coincidere con i siti delle raffinerie. Lo zolfo è utilizzato anche nell'industria della gomma, in medicina, per la produzione di solfuro di carbonio e in altri settori dell'economia.

Punto di ebollizione del propano in funzione della pressione. Confronto tra gas di petrolio liquefatto (GPL) e gas naturale liquefatto (GNL)

Caratteristiche del propano-butano (GPL)

Compatibilità GPL e GNL con le ultime generazioni di GPL

Quindi diamo una rapida occhiata

Propano

La produzione sia di gas liquefatto che di NGL viene effettuata a spese delle seguenti tre fonti principali:

Sistema

Gas di idrocarburi liquefatti

Idrata

Parametri rilevanti della miscela

Proprietà termodinamiche e fisiche della fase liquida di propano e butano

Butano fase liquida

Proprietà termodinamiche e fisiche della fase vapore di propano e butano

Butano in fase vapore

Nel mondo

Spiegazioni

Pompe .

valvola di bypass .

Valvole di velocità .

Manometri .

Valvole di sicurezza .

Filtri .

Rubinetti e valvole .

Contatori e dispositivi di lettura .

Valvola differenziale

Linea vacanze

Popolare