Реконструкция производства бутадиена на базе цеха Д-4а ЗАО «ЭКООЙЛ»

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Омский государственный технический университет

НЕФТЕХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

 

КАФЕДРА «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ»

 

                                                        Допускается к защите

Зав. кафедрой

                                                                                     ________________Корнеев С.В.

 

«…….»________________2011г.

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

НА ТЕМУ: Реконструкция производства бутадиена на базе цеха Д-4а  
ЗАО «ЭКООЙЛ»

 

Студента: Иванова Вячеслава Викторовича

 

Пояснительная записка

 

Шифр проекта: ДП-2068998-49-7

Специальность: 240401 Химическая технология органических веществ

 

 

 

  Консультанты:        Руководитель проекта

А и АСУ ТП______________________________  _____________________

(название  раздела)(подпись, дата)(ФИО)    (ФИО)

ОТ_____________________________________  _____________________

(название  раздела)(подпись, дата)(ФИО)    (подпись, дата)

ООС____________________________________  

(название  раздела)(подпись, дата)(ФИО)   Разработал студент

ЭО ПР__________________________________  _____________________ 

(название  раздела)(подпись, дата)(ФИО)    (ФИО)

_____________________ 

(подпись, дата)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2011

 

Омский государственный технический университет

НХИ

Кафедра: Химическая технология органических веществ

 

Утверждаю

          Зав. кафедрой

_________Корнеев С.В.

          «___» февраля 2011 г.

 

 

Задание

по дипломному проектированию

 

Студент: ИВАНОВ Вячеслав Викторович

 

Тема проекта: Реконструкция производства бутадиена на базе цеха Д-4а  
ЗАО «ЭКООЙЛ»

Исходные данные к проекту:

Годовая производительность по бутадиену, тн:                    86265

Время непрерывной работы в году, час:                8520 

Содержание расчётно-пояснительной записки:

В соответствии с учебным пособием «Дипломное проектирование»

Перечень графического материала:

3.1. Предлагаемая технологическая схема производства;

3.2. Технологическая схема узла экстрактивной ректификации с автоматизацией;

3.3. Чертёж общего вида ректификационной колонны;

3.4. Чертёж деталей и узлов основного аппарата;

3.5. Сравнительная таблица технико-экономических показателей.

 

Консультанты по проекту:

4.1. А и АСУ ТП:     Скутин Евгений Дмитриевич

4.2. ОТ:      Воронков Олег Юрьевич

4.3. ООС:     Нелин Анатолий Григорьевич

4.4. ЭОПР:      Новикова Татьяна Валерьевна

 

Дата выдачи задания:         __________________

 

Срок сдачи законченного проекта на утверждение:    30 мая 2011г.

 

Руководитель __________________  ______________ 

(подпись)     (дата)

 

Задание принял к исполнению    

Студент          __________________  ______________ 

(подпись)     (дата)

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Дипломный проект содержит: 87 с. пояснительной записки, 45 таблиц, 30 наименований библиографии, 7 приложений, 6 рисунков, 6 листов чертежей формата А1.

 

Ключевые слова: БУТАДИЕН, БУТАДИЕН-СЫРЕЦ, АЦЕТОНИТРИЛ, АЦЕТИЛЕН, БУТИЛЕН-ИЗОБУТИЛЕНОВАЯ ФРАКЦИЯ, ЭКСТРАКЦИЯ, РЕКТИФИКАЦИЯ.

 

В дипломном проекте проводится исследование реконструкции производства, как возможный путь повышения производительности процесса выделения бутадиена-1,3 из фракции углеводородов С4.

Рассматривается конструктивное изменение колонны экстрактивной ректификации К-45.

 

Содержание

 

Введение
1.	Аналитический обзор………………………………………………………........	6
1.1.	Современные промышленные способы получения бутадиена…………..	6
1.2.	Обоснование технологии базового производства………………………….	6
1.3.	Структурная схема проектируемого процесса и ее описание…………….	8
2.	Технологическая часть…………………………………………………….........	14
2.1.	Характеристика готовой продукции……………………………………...........	14
2.2.	Характеристика сырья, вспомогательных материалов,   полуфабрикатов…………………………………………………………………..	15
2.3.	Нормы технологического режима……………………………………………..	16
2.4.	Технологическая схема проектируемого процесса и ее описание………	23
2.5.	Аналитический контроль производства………………………………...........	25
3.	Расчетная часть…………………………………………………………………..	28
3.1.	Расчёт материального баланса проектируемого процесса………............	28
3.2.	Технологический расчет аппарата………………………………………........	34
3.3.	Конструктивный расчет аппарата……………………………………………..	38
4.	Автоматизация и АСУ ТП………………………………………………………	45
5.	Охрана труда и техника безопасности……………………………………….	55
6.	Охрана окружающей среды…………………………………………………….	66
7.	Экономическая часть…………………………………………………………….	77
7.1.	Входная информация и предварительные расчеты……………………….	77
7.2.	Расчет численности и годового фонда заработной платы рабочих……..	79
7.3.	Расчет затрат на сырье, вспомогательные материалы и   энергоресурсы…………………………………………………………………….	81
7.4.	Расчет цеховых расходов и калькуляции себестоимости…………………	82
7.5.	Расчет технико-экономических показателей…………………………………	84
8.	Заключение………………………………………………………………………..	86
9.	Список используемой литературы……………………………………………..	87
Приложения:
1.	Приложение 1
2.	Приложение 2
3.	Технологическая схема производства
4.	Технологическая схема узла экстрактивной ректификации с   автоматизацией
5.	Чертёж общего вида ректификационной колонны
6.	Чертёж деталей и узлов основного аппарата
7.	Сравнительная таблица технико-экономических показателей

 

 

Введение

 

Современные крупнотоннажные процессы нефтепереработки и нефтехимии требуют не только простого увеличения аппаратов, но также максимальной интенсификации их работы. В результате появился ряд аппаратов усовершенствованной конструкции, в том числе реакторные устройства, ректификационные колонны, печи, теплообменники, центрифуги и так далее. Появилась техника кипящего слоя, требующая специальной аппаратуры. Осуществляются процессы под высоким давлением. [4]

 

Современное развитие науки и техники отличается практической направленностью исследований, ориентацией на создание технологий комплексного использования сырья и побочных продуктов, применение малоотходных или безотходных технологических процессов, интенсивной технологии. [5]

 

Одним из примеров практической направленности использования сырья являются процессы разделения и извлечения.

 

Процессы разделения, в которых используются селективные растворители – экстракция, экстракция и азеотропная ректификация, абсорбция, экстрактивная кристаллизация – находят широкое применение в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и коксохимической промышленности для выделения отдельных углеводородов из смесей и для селективной очистки нефтепродуктов. [6]

 

На предприятии ЗАО «ЭКООЙЛ» в отделении Д-4а проводится выделение бутадиена экстрактивной ректификацией из фракции С4. Производственные мощности предприятия существуют с 1985 года, не смотря на то, что ЗАО «ЭКООИЛ» было создано в 1994 году. В виду достаточно долгого срока службы установок отделения Д-4а наблюдается износ оборудования и несоответствие его современным мощностным требованиям по производству. Реконструкция действующих установок, а в частности колонны К-45 узла очистки бутадиена от ацетиленовых соединений, приведет к повышению производительности отделения Д-4а.

 

1. Аналитический обзор

 

1. Современные промышленные способы получения бутадиена

 

В промышленности 1,3-бутадиен получают в основном каталитическим дегидрированием н-бутана или н-бутенов, содержащихся в газах нефтепереработки и попутных газах, или выделяют из фракции С4 пиролиза нефтепродуктов.

В двухстадийном процессе бутан сначала дегидрируют в бутены в «кипящем» слое алюмохромового катализатора при 560-600°С; выход 28-30% (суммарный выход бутенов и 1,3-бутадиена 30-34%). Бутены выделяют экстрактивной ректификацией с водным ацетоном или ДМФА. На второй стадии их разбавляют перегретым паром и дегидрируют в 1,3-бутадиен на хромкальцийникельфосфатном катализаторе в адиабатическом реакторе при 600-660°С; выход 33-40%. 1,3-Бутадиен выделяют экстрактивной ректификацией с безводным ацетонитрилом, ДМФА, хемосорбцией водно-аммиачным раствором СН3СООСu.

В одностадийном процессе бутан дегидрируют в 1,3-бутадиен на неподвижном алюмохромовом катализатором в вакууме (0,016-0,020 МПа) при 550-650 °С и времени контактирования 5-10 мин; выход 11-14%.

Окислительное дегидрирование бутенов (или бутана) характеризуется большим выходом 1,3-бутадиена и меньшими энергетическими затратами. Бутены в смеси с водяным паром и горячим воздухом дегидрируют при 400-500°С в реакторах с неподвижным слоем катализатора на основе оксидов Fe или других; выход 60-75%.

Наиболее экономично выделение 1,3-бутадиена из фракции С4 пиролиза жидких и газообразных нефтепродуктов, получаемой при производстве этилена. Из фракции С4, содержащей 20-60% 1,3-бутадиена (в зависимости от состава сырья и условий процесса), его выделяют экстрактивной ректификацией; выход на исходное сырье не более 3-5%, по отношению к этилену - 12-18%. За рубежом этим способом производится более 80% 1,3-бутадиена. [2]

 

2. Обоснование технологии базового производства

 

Выделение бутадиена из бутилен-бутадиеновой фракции и его очистку осуществляют методом экстрактивной ректификации с использованием третьего компонента, в качестве которого используют водный раствор ацетонитрила (95 % масс). Технологическое оборудование позволяет осуществить выделение и очистку дивинила из бутилен-бутадиеновой фракции усреднённого состава. Экстрактивная ректификация основана на изменении коэффициента относительной летучести.

Чаще экономически целесообразно использовать метод, основанный на введении в разделяемую смесь дополнительного компонента избирательного действия - растворителя компонентов исходной смеси. Селективность действия растворителя заключается в избирательной способности растворять один из двух компонентов исходной смеси. Присутствие третьего разделяющего компонента приводит к снижению сил притяжения нерастворимого компонента в растворе к остальным частицам и в итоге к увеличению его относительной летучести в системе.

При экстрактивной ректификации третьим компонентом является сравнительно нелетучее вещество, которое не попадает в отгоняемый продукт. Третий компонент в различной степени растворяет компоненты разделяемой смеси; этим и определяется относительная летучесть компонентов разделяемой смеси. Экстрактивная ректификация экономичнее азеотропной вследствие отсутствия необходимости испарять добавку. Однако подбор добавки для экстрактивной ректификации значительно труднее, чем для азеотропной дистилляции, хотя физико-химические основы процессов одни и те же. Во всех существующих процессах азеотропной дистилляции применяются добавки, дающие азеотроп с минимумом температуры кипения. В этих процессах при смешении жидкостей происходит уменьшение количества водородных связей, что даёт положительное отклонение от закона Рауля и приводит к образованию азеотропа с минимумом температуры кипения. То же самое происходит при введении в разделяемую смесь третьего компонента при экстрактивной ректификации, но разность температур кипения разделяемой смеси и добавки столь велика, что даже значительные отклонения от закона Рауля не приводят к образованию азеотропа ни с одним из разделяемых компонентов и добавкой. Подбор добавки для экстрактивной ректификации затрудняется ещё и тем, что избирательность добавки значительно меньше, чем при азеотропной дистилляции, так как отклонение от закона Рауля меньше.

Практическое применение находят такие добавки: 

• раствор ацетона в воде;
• раствор фурфурола в воде;
• раствор ацетонитрила в воде.

При добавке фурфурола относительные летучести углеводородов С4 резко меняются. Летучесть насыщенных углеводородов повышается значительнее по сравнению с ненасыщенными. Относительная летучесть углеводородов (по отношению к бутадиену) связана непосредственно с растворимостью их в фурфуроле, а растворимость зависит от химической структуры данного углеводорода. Хуже всего растворяются бутаны, лучше бутилены, а бутадиен полностью смешивается с водным фурфуролом при температурах выше комнатной. Выбор растворителя в значительной степени также зависит от экономических показателей, от условий поставки и тому подобному. Раствор ацетонитрила мало отличается от раствора фурфурола, но более доступен. Этот фактор стал определяющим при выборе растворителя в рассматриваемом процессе. [1]

На предприятии ЗАО «ЭКООИЛ» производства выделения бутадиена цех Д-4а используется раствор ацетонитрила. С точки зрения способа выделения, производство находится на уровне, позволяющем не вносить изменения в технологическую схему и не заменять экстрагент.

Рост запросов нефтехимической отрасли на бутадиен-1,3, который используется как сырье во многих химических процессах, приводит к необходимости повышения выхода бутадиена, что в свою очередь приводит к увеличению нагрузок на аппаратную часть процесса. Данное увеличение нагрузок негативно влияет на качество полупродуктов и увеличивает затраты, в связи с необходимостью возврата в процесс несоответствующего нормам материала.

В цехе Д-4а в связи с повышением нагрузок, на узле очистки бутадиен-сырца от ацетитленовых углеводородов, в колонне экстрактивной ректификации К-45 происходит унос ацетонитрила и ацетилена с парами бутадиена, что по нормам технологического режима недопустимо.

В данном дипломном проекте рассматривается реконструкция колонны 
К-45, которая позволит производить процесс очистки бутадиен-сырца в соответствии с нормами технологического режима, что в свою очередь приведет к выпуску полупродуктов с заданным составом, не требующего повторной обработки.

 

 

 

 

3. Структурная схема проектируемого процесса и её описание

 

Разработка структурной схемы процесса выделения бутадиена ведется на базе действующего производства цеха Д-4а ЗАО «ЭКООИЛ».

 

Процесс выделения бутадиена из фракции углеводородов С4 состоит из следующих основных стадий: