Рассчитать и спроектировать узел дегидрирования этилбензола производительностью 50000т стирола в год

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО  «Российский химико-технологический  университет им. Д.И. Менделеева» 
 
 
 
 
 
 

Кафедра химии и технологии основного

органического и нефтехимического синтеза 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому проекту на тему:

«Рассчитать и спроектировать узел дегидрирования этилбензола

производительностью 50000т стирола в год» 
 
 
 
 
 
 

Студент:         Сальников А.С. 

Группа:         О-07-1 

Руководитель:        Маклаков С.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новомосковск, 2011г.

 

     СОДЕРЖАНИЕ

     ВВЕДЕНИЕ

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА ПРОИЗВОДСТА СТИРОЛА
2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
3. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ПОЛУПРОДУКТОВ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
1. Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов
2. Характеристика готовой продукции
4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
5. НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА
6. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ СТАДИИ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ЭТИЛБЕНЗОЛА
7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

 
 

 

     

     ВВЕДИНИЕ

     Стирол  – представляет собой бесцветную жидкость со специфическим запахом; t_пл — 30,6 °С, t_кип145,2 °С, плотность 0,906 г/см³ (20 °С); практически нерастворим в воде, смешивается с большинством органических растворителей. Стирол легко окисляется, присоединяет галогены, полимеризуется и сополимеризуется с различными мономерами. Полимеризация происходит уже при комнатной температуре (иногда со взрывом), поэтому при хранении С. стабилизируют антиоксидантами (например, треотбутилпирокатехином, гидрохиноном). Основной промышленный способ получения стирла — каталитическое дегидрирование этилбензола в токе водяного пара при 500 — 630 °С. Применяют С. главным образом для производства Полистирол а, а также различных сополимеров, в том числе бутадиен-стирольных каучуков, сополимеры стирола с дивинилбензолом служат ионообменными смолам. Пары стирола раздражают слизистые оболочки; предельно допустимая концентрация их в воздухе 0,005 мг/дм³.

 

     

     1. ОБОСНОВАНИЕ, ВЫБОР МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА  СТИРОЛА 

       По  процессу дегидрирования этилбензола  современному уровню отвечает схема двухступенчатого дегидрирования с проведением процесса под вакуумом и использованием эффективных катализаторов, способных работать с низким разбавлением сырья водяным паром. В мировой практике фирмами Зюд Хеми, Монсанто, Дау, Баджер и другими разработаны и используются катализаторы, работающие при относительно высоких температурах с  разбавлением этилбензольной шихты водяным паром в соотношении до 1:1,5 мас., при пониженном давлении (G-64i, G-84C, Шелл-105, Стиромакс).

       В России на некоторых производствах  стирола (в том числе на ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Салаватнефтеоргсинтез) используются отечественные катализаторы К-28, КДЭ-1  также способные работать при пониженном давлении с разбавлением до 1:1,5 мас., однако температура процесса при этом ниже.  

       Ректификация  углеводородного конденсата зарубежными  фирмами, также как и в России, осуществляется по двум схемам: с предварительным выделением бентола – трехколонная схема, рис. 2.1. (в России это производства на ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», ОАО «Нижнекамскнефтехим»; за рубежом процесс Badger) и выделением бензол-толуол-этилбензольной фракции на первой колонне – двухколонная схема, рис. 2.2. (в России производство на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», за рубежом процесс Lummus – UOP). Схемы равнозначны по расходу энергосредств, второй вариант схемы предъявляет более жесткие требования по содержанию воды в углеводородном конденсате, но обеспечивает меньшие потери стирола на осмоление при одном и том же ингибиторе.

 

Рис. 2.2. Двухколонная схема выделения стирола

Наименование  потоков: 1 – углеводородный конденсат, 2 – бензол-толуол-этилбензольная фракция, 3 – стирол-сырец, 4 – стирол-ректификат, 5 – КОРС,

6 – бентол, 7 – этилбензол-возвратный.  

     В обеих схемах современному уровню отвечает одноколонная схема разделения этилбензола  и стирола с использованием эффективных контактных устройств с низким перепадом давления – специальных тарелок или регулярных насадок. Использование таких контактных устройств позволяет уменьшить флегмовое число и тем самым сократить расход энергосредств, уменьшить размеры колонн и теплообменного оборудования, уменьшить потери стирола на осмоление за счет понижения температуры куба и времени пребывания продукта в кубах колонн.

     В зарубежных производствах стирола  с 1979 г. эксплуатируются колонны с регулярной насадкой, разработанной фирмой «Зульцер», а позднее и фирмой «Кох-Глич». Использование этой насадки позволяет сократить расход энергосредств на разделение этилбензола и стирола на 20-30%, понизить температуру в кубе колонны, снизить перепад давления по высоте колонны до уровня, обеспечивающего экономическую целесообразность использования «теплового насоса» [1]. Применение  «теплового насоса» исключает потребление водяного пара на обогрев кипятильников колонн, однако расход электроэнергии увеличивается, поэтому целесообразность использования «теплового насоса» должна определяться в каждом конкретном случае.

     Лучшим  отечественным аналогом процесса дегидрирования этилбензола в стирол является процесс, осуществляемый на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (рис. 2.3.), проектная мощность 200 тыс. т/год по стиролу, реализованный по технологии ОАО НИИ «Ярсинтез» (пущен в эксплуатацию в 2003 г.).

 

Рис. 2.3. Принципиальная технологическая  схема производства стирола на ОАО  «Салаватнефтеоргсинтез». 

1- печь, 2- реактора, 3-рекуператор тепла контактного  газа (котел-утилизатор), 4-узел конденсации, 5-узел разделения углеводородной и водной фазы, 6- колонна выделение стирола-сырца, 7- колонна выделения стирола- ректификата, 8- колонна выделения возвратного этилбензола. 
 

     Процесс дегидрирования этилбензола на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» осуществляется по двухступенчатой схеме, под вакуумом в адиабатическом реакторе радиального типа, с регулированием температуры в каждой ступени реактора.  

     Применяемый в настоящее время катализатор  КДЭ-1 (Россия).   

     Разделение углеводородного конденсата осуществляется с выделением бензол-толуол-этилбензольной фракции на первой колонне и выделением стирола-ректификата на второй колонне, использованием регулярных насадок в качестве контактных устройств. Возвратный этилбензол отделяется от бентола на отдельной колонне при атмосферном давлении. Проектная мощность обеспечивается одним агрегатом дегидрирования и одной ниткой  ректификации.  

     Был проведен детальный анализ действующего вакуумного производства стирола на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» – все гарантированные показатели полностью подтвердились – процесс по техническому уровню, технико-экономическим показателям, технологической и экологической безопасности соответствует мировому уровню.  

     Лучшим  отечественным процессом при  давлении близком к атмосферному является производство стирола на ЗАО «Сибур-Химпром», г. Пермь, мощностью 100 тыс.тонн/год реализованный также по технологии ОАО НИИ «Ярсинтез» (пущен в эксплуатацию в 2005 г.). Дегидрирование этилбензола на ЗАО «Сибур-Химпром» осуществляется в двухступенчатом радиальном адиабатическом реакторе специальной конструкции. 

     По  имеющимся информационным и рекламным  данным за рубежом передовому мировому уровню соответствуют процессы фирм Lummus – UOP (рис. 2.4.) и Badger (рис 2.5.).

     Процессы вышеназванных фирм [2,3] осуществляются при пониженном давлении (вакууме) в присутствии водяного пара в адиабатических реакторах.  Основными побочными продуктами являются бензол, толуол, а также некоторые легкие соединения. Тепло для эндотермической реакции дегидрирования этилбензола в стирол подводится через пароперегреватель. Тепло реакционного потока используется для генерации пара. Несконденсированный газ компримируется и используется в качестве топлива в пароперегревателе. Углеводородный конденсат подвергается дистилляции в присутствии ингибиторов полимеризации с выделением стирола-мономера, возвратного этилбензола, а также бензола и толуола в качестве побочных продуктов.  Как уже отмечалось, по процессу Lummus – UOP дистилляция углеводородного конденсата осуществляется по так называемой «двухколонной схеме» - на первой колонне дистиллятом выделяется бензол, толуол и этилбензол; кубом – стирол-сырец; на второй колонне выделяется стирол-ректификат и смола. Обе колонны вакуумные. Дистиллят первой колонны разделяется при атмосферном давлении на смесь бензола и толуола (дистиллят) и возвратный этилбензол, направляемый в рецикл на дегидрирование (кубовая жидкость).

     Имеются сведения о требованиях к исходному  сырью (этилбензолу), используемому  в процессе Lummus – UOP, а также характеристика получаемого стирола. 
 

       Характеристика  исходного сырья (этилбензола).

 

       Характеристика  получаемого стирола-мономера.

 

     Следует отметить, что для российского  процесса ОАО НИИ «Ярсинтез» требования по содержанию ксилолов в исходном этилбензоле значительно мягче (не более 500 ррм), что является очень существенным при использовании этилбензола, получаемого по цеолитной технологии. При этом по процессу ОАО НИИ «Ярсинтез» стирол получается с содержанием этилбензола не более 100 ррм, что также является принципиальным для поставки стирола на экспорт 

Рис. 2.4. Схема производства стирола по технологии ABB Lummus Global/UOP (“Classic” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.5.  Схема производства стирола по технологии Badger 

     По  процессу Badger реакционный узел принципиально похож на  аналогичный по процессу Lummus – UOP. Дистилляция осуществляется по трехколонной схеме. На первой колонне дистиллятом выделяется смесь бензола и толуола; кубовая жидкость направляется на питание второй колонны, где дистиллятом выделяется возвратный этилбензол, а кубовая жидкость – стирол-сырец направляется на питание третьей колонны, где выделяется стирол-ректификат и смола. Все три колонны вакуумные. Дистиллят первой колонны может направляться на выделение бензола, возвращаемого в производство этилбензола. 

     Имеются также сведения по процессу фирмы  «Литвин» (процесс СДФ Шеми, Франция), реализованный на Шевченковском заводе пластмасс: проектная мощность 300 тыс. т/год освоена на 90%; процесс дегидрирования осуществляется в двух параллельно работающих реакторах аксиального типа; катализатор по проекту - G-64C; разделение этилбензола и стирола производится в одной колонне с ситчатыми тарелками без предварительного выделения бентола. 

     Имеются сведения по изотермическому процессу дегидрирования этилбензола (рис. 2.6.) [4]. Изотермические процессы широкого промышленного применения не имеют в связи с малой производительностью и довольно высокой стоимостью, хотя работы по совершенствованию этого процесса велись довольно интенсивно до недавнего времени [4,5]. Так, например, немецкими фирмами «Lurgi GmbH» и «Deggendorfer Werft & Eisenbau» и итальянской фирмой «Montedison», предложен одностадийный изотермический процесс получения стирола.  

       

     Рис. 2.6. Принципиальная схема реакционного узла изотермического процесса дегидрирования этилбензола [4].