Теплота сгорания нефтепродуктов

Нефтепродукт		Вода, % масс.	Элементный состав, % масс.	Теплота сгора-ния, кДж/кг
С	Н2	S	зола	высшая	низшая
Бутан Бензин Мазут Остаток термического крекинга Гудрон Котельное топливо Нефтяной кокс №1 №2 Газ коксования сухой жирный	0,5810 0,7165 0,9218 0,9909   1,0136 1,0173   - -   - -	- - 0,05 0,3   0,25 0,10   2,0 1,2   - -	83,0 86,0 87,4 86,5   88,5 87,5   88,6 96,0   - -	17,0 14,0 11,1 10,04   9,07 9,38   1,8 2,1   - -	- - 0,42 1,49   0,67 1,37   6,4 0,41   - -	- - 1,03 1,67   1,51 1,65   - 0,29   - -	- -

Теплоту сгорания нефтепродуктов, кроме того, можно определить по элементному составу, либо по рис. 7.1 если известны плотности и характеризующие факторы нефтепродуктов.

3. Тепловой эффект процесса при нормальной температуре (q_p, кДж/кг сырья) подсчитывают по разности теплоты сгорания исходного сырья и полученных продуктов

q_p = Q - X₁Q₁ - X₂Q₂ - X₃Q₃ (7.2)

где Q, Q₁, Q₂, Q₃ -теплоты сгорания соответственно сырья и получаемых продуктов, кДж/кг сырья.

Рис. 7.1 График для определения теплоты сгорания

жидких углеводородов нефти

Цифры на кривых - характеризующей фактор.

4. Для подсчета теплового эффекта при температуре процесса:

определяют разность энтальпий исходного сырья при температуре процесса (I_А) и при нормальной температуре ( ), т. е. тепло, необходимое для нагревания сырья до температуры процесса

(7.3)

находят энтальпию продуктов при температуре процесса и прибавляют к ней тепловой эффект процесса при нормальной температуре, т. е. определяют необходимое тепло для проведения процесса при нормальной температуре и нагревания полученных продуктов до температуры процесса

(7.4)

Тепловой эффект при температуре процесса составляет

(7.5)

Тепловые эффекты для эндотермических процессов на 1 кг пропущенного сырья приближенно можно определять по рис. 7.2, если известны средние молекулярные массы сырья и полученных продуктов.

Рис. 7.2. График для определения теплового эффекта процессов:

1 - гидрирование бензина; 2 - гидрирования газойля; 3 - каталитического риформинга бензина; 4 - каталитического крекинга легкого газойля; 5 - каталитического крекинга тяжелого газойля.

Цифры на кривых - средняя молекулярная масса продуктов.

Для расчета теплового эффекта (q_p, кДж/кг сырья) каталитического риформинга при 500°С Жоров, Панченков и др. вывели уравнение

(7.6)

где — массовый выход стабильного катализата, % масс.; g_0a, g_0H, g_0П - содержание ароматических, нафтеновых и парафиновых углеводородов в сырье, массовые доли; g_a, g_Н, g_П - то же в катализате, массовые доли; М_а, М_Н, М_П - молекулярные массы ароматических, нафтеновых и парафиновых углеводородов.

В этой формуле теплота эндотермических реакций имеет положительное значение.

Молекулярная масса различных групп углеводородов равна

(7.7)

Среднее число атомов в молекуле сырья (т) определяется по формуле

(7.8)

где М - средняя молекулярная масса сырья, которую можно подсчитать по формуле Воинова; - содержание парафиновых и ароматических углеводородов в сырье, мольные доли.

Но так как обычно состав сырья дается в массовых долях (т^’), то приближенно определяют

(7.9)

Затем по уравнениям (7.7) приближенно определяют М_а, М_H, М_П; мольные доли N_i определяют по уравнению

(7.10)

Подстановка приближенных величин N_i в уравнение (7.8) дает уточненную величину т.

Для реальных процессов гидрокрекинга, которые проводят при температуре около 400 ^оС, можно принять h = - 62,8 кДж/моль. Тогда

(7.11)

Таким образом, подсчитав молекулярную массу сырья и продуктов и зная массовые выходы продуктов на 1 кг сырья (в % масс.), можно подсчитать тепловой эффект процесса гидрокрекинга парафинового сырья для индивидуальных углеводородов и для технических смесей.

Пример 7.1. Определить тепловой эффект процесса замедленного коксования гудрона ( = 0,975), если известны выходы продуктов (в % масс): газа w_г = 6,2; бензина (40-200 °С, = 0,739) w_б = 12,1; легкого газойля (200-350 °С, = 0,862) w_л.г. = 39,4; тяжелого газойля (350-500 °С, = 0,914) w_т.г. = 22,7; кокса w_к = 19,6.

Решение. Подсчитывают характеризующие факторы для сырья и жидких продуктов. Определяют теплоты сгорания ( ,кДж/кг) жидких продуктов по рис. 7.1, газа по табл. 7.1 кокса по табл. 7.1. и гудрона по эмпирической формуле

= 51 956 - 8799 ( )²

Результаты подсчетов сводят в таблицу (см. ниже).

Теплота сгорания 1 кг сырья

Q = - 43534 кДж/кг

Продукт		Характеризую-щий фактор К	Теплота сгорания, кДж/кг
Гудрон Газ Бензин Газойль легкий тяжелый Кокс	0,9750 - 0,7439   0,8662 0,9179 -	- - 12,0   11,5 11,8 -	-43534 -53028 -47134   -44874 -44455 -35455

Теплота сгорания продуктов (в кДж/кг)

газа

Q₁ = 0,062(-53028) = -3287

бензина

Q₂ = 0,121(-47134) = -5703

легкого газойля

Q₃ = 0,394(-44874) = -17680

тяжелого газоля

Q₄ = 0,227(-44455) = -10091

кокса

Q₅ = 0,196(-35455) = -6969

Итого………..-43710

Тепловой эффект процесса при 15 °С составляет

q_p = -43534-(-43710) = +176 кДж/кг

Пример 7.2. Определить тепловой эффект процесса каталитического крекинга тяжелого газойля 350 - 500°С (t₁ – t₂), если молекулярная масса продуктов крекинга М = 145.

Решение. Определяют молекулярную массу сырья по формуле (7.12)

Тепловой эффект процесса находят по рис.

q_p = +376 кДж/кг

Пример 7.3. Подсчитать тепловой эффект процесса платформинга прямогонной фракции 85-170°С, если известно, что групповой углеводородный состав сырья (в массовых долях): ароматические w_с.а. = 0,081; нафтеновые w_с.н. = 0,255; парафиновые w_c.n. = 0,664; выход стабильного платформата w = 89,0% масс.; состав платформата (в % масс.): ароматические w_n.а. = 39,8; нафтеновые w_n.н. = 3,6; парафиновые w_n.n. = 56,6.

Решение. По формуле определяют молекулярную массу сырья

Приближенно подсчитывают среднее число атомов углерода в молекуле сырья