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

 

2.3. Технологическая схема проектируемого процесса и ее описание

 

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

 

2.3.1. Выделение бутадиена из фракции углеводородов С4

 

Исходная фракция углеводородов С4  со склада в постоянном количестве подается в испаритель Т-1, где происходит ее подогрев за счет тепла циркулирующего ацетонитрила (АЦН), поступающего в межтрубное пространство аппарата Т-1 из кипятильников Т-5, Т-6 и Т-10, для создания парового потока идущему вверх, на встречу нисходящему потоку экстрагента АЦН после Т-1 поступает в емкость Е-1, предварительно охлаждаясь в холодильнике Т-2 промышленной водой с начальной температурой 25оС

Из испарителя Т-1 фракция С4 в паровом состоянии поступает в колонну К-1 для выделения из нее бутадиена.

Выделение бутадиена из фракции С4 осуществляется экстрактивной ректификацией с водным раствором АЦН на К-1, К-2, которые работают как одна колонна. Это т.н. разрезная схема. Колонна К-1 является укрепляющей частью, колонна К-2 является исчерпывающей частью и оборудована «глухой» тарелкой по жидкости для уменьшения уноса АЦН из куба колонны.

Общее количество тарелок в К-1,2 – 134 штуки, из них 125 предназначены для процесса экстрактивной ректификации (67 тарелок в К-2 и 58 тарелок в К-1),  
а 9 тарелок К-1, расположенные выше подачи АЦН, предназначены для уменьшения уноса из колонны растворителя вместе с бутилен-изобутиленовой фракцией (БИФ).

Экстрактивная ректификация в колоннах К-1,2 осуществляется  при температуре в кубе К-2 85оС и давлении верха К-1 0,37 МПа.

Водный раствор АЦН из Е-1 через фильтр Ф-1 насосом Н-1 в постоянном количестве подается в колонну К-1 на 58-ю тарелку.

АЦН охлаждается до температуры 55оС в холодильнике Т-4. Охлаждение осуществляется рассолом с начальной температурой 0оС.

Насыщенный растворитель из куба колонны К-1 через фильтр Ф-2 насосом Н-3 подается в верхнюю часть колонны К-2 (на 67-ю тарелку).

После разделения на колонне экстрактивной ректификации балансовая часть паров БИФ с примесями отдуваются по трубопроводу с верха К-1 на узел отмывки БИФ от АЦН. Часть паров БИФ вместе с парами АЦН и воды поступают в дефлегматор Т-3, где конденсируются промышленной водой с начальной температурой 25оС. В дефлегматоре Т-3 конденсируется часть углеводородов, которая необходима для образования флегмы.

Сконденсированные углеводороды, АЦН и вода из Т-3 собираются во флегмовой емкости Е-2, где происходит отстой углеводородов от воды. Из Е-2 БИФ вместе с АЦН насосом Н-2 возвращаются в колонну К-1 в качестве флегмы.

Водный слой из отстойника емкости Е-2 направляется на узел регенерации и выеления АЦН.

Обогрев колонн экстрактивной ректификации К-1,2 осуществляется через выносные подогреватели Т-5 и Т-6, в межтрубное пространство которых подается горячий десорбированный АЦН, выходящий из куба десорбционной колонны К-3.

Из куба колонны К-2 АЦН, насыщенный углеводородами (преимущественно бутадиеном), через фильтр Ф-3 насосом Н-4 подается на верхнюю тарелку колонны К-3.

 

2.3.2. Десорбция бутадиена и очистка от ацетиленовых  
углеводородов

 

Десорбция углеводородов осуществляется в колонне К-3 при температуре куба 145оС.

Обогрев колонны К-3 осуществляется через кипятильники Т-7, в межтрубное пространство которого подается пар давлением  0,8 МПа.

Бутадиен-сырец с верхней части колонны К-3 поступает в нижнюю часть колонны К-4 для очистки от ацетиленовых.

Остальные углеводороды С4 из верхней части колонны возвращаются в куб колонны К-2 в виде рецикла в качестве паровой фазы контактирующей в колонне К-2 с нисходящей жидкой фазой из колонны К-1.

Ацетиленовые соединения, ацетилен и метилацетилен, выводятся из системы в виде бокового отбора десорбера К-3 в газовой фазе в смеси с ацетонитрилом, бутадиеном и углеводородами С4.

В виду значительного уноса из десорбера ацетонитрила с фракцией ацетиленовых соединений, данная смесь поступает в конденсатор Т-8, где конденсируется большая часть АЦН. Конденсация проводится при температуре 80оС и осуществляется промышленной водой с температурой 25оС.

Для создания безопасной концентрации ацетиленовых углеводородов во фракции, отбираемой после Т-8, газовая смесь перед аппаратом разбавляется азотом до концентрации ацетиленовых 20%  мол.

 Сконденсированные в аппарате Т-8 углеводороды (бутадиен-1,3, метилацетилен, ацетилен и ацетонитрил) собираются в сборнике Е-3, откуда насосом Н-5 возвращаются в колонну К-3 на тарелку, с которой производится боковой отбор. После конденсатора Т-8 несконденсированная газовая смесь (ацетонитрил и ацетилен) вместе с азотом направляется на узел отмывки ацетиленовых углеводородов от АЦН.

АЦН из куба колонны К-3 после охлаждения в подогревателях Т-5, Т-6, Т-10 и Т-1 АЦН подается в Т-2, а далее в сборник для хранения растворителя-ацетонитрила Е-1.

 

2.3.3. Очистка бутадиена-сырца от остатков ацетиленовых 
углеводородов

 

Очистка бутадиена-сырца от ацетиленовых соединений осуществляется на колонне К-4, имеющей 79 тарелок, из них 67 тарелок – зона экстрактивной ректификации, а 12 тарелок над вводом растворителя – зона простой ректификации, предназначенная для ректификации бутадиена-сырца от АЦН. Колонна К-4 имеет «глухую» тарелку по жидкости для уменьшения уноса АЦН из куба колонны.

Водный раствор АЦН из емкости Е-1 насосом Н-1 подается в колонну К-4 (на 67-ю тарелку), предварительно охлаждаясь до температуры 60оС в холодильнике Т-9 водой с температурой 25оС.

Бутадиен-сырец из К-3, поступающий на очистку от ацетиленовых соединений, подается в паровой фазе на 6-ю тарелку снизу колонны К-4.

Пары бутадиена, АЦН и воды с верха колонны К-4 поступают в межтрубное пространство дефлегматора Т-11, где конденсируются рассолом 0оС.

Сконденсированные пары собирают во флегмовой емкости Е-4, где происходит отстой воды. Бутадиен-сырец из емкости Е-4 через фильтр Ф-5 насосом Н-7 частично, в виде флегмы, возвращается на орошение колонны К-4. Балансовая часть из емкости Е-4 направляется на узел очистки от пропина (метилацетилена).

Водный слой из емкости Е-4  направляется на узел регенерации и выделения АЦН. 

Растворитель, насыщенный углеводородами (ацетилен, метилацетилен, винилацетилен и углеводороды С5), из куба колонны К-4 через фильтр Ф-4 насосом Н-6 подается в верхнюю часть десорбционной колонны К-3 совместно с АЦН, подаваемым насосом Н-3 из куба колонны К-2 для дальнейшего выделения ацетилена из смеси.

Обогрев колонны К-4 осуществляется через подогреватели Т-10 за счет тепла горячего десорбированного ацетонитрила, поступающего из куба колонны К-3. АЦН после Т-10 направляется в Т-2.

 

Технологическая схема процесса представлена на рис. 2.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Технологическая схема процесса

 

Параметры материальных потоков процесса представлены в табл. 2.4.

 

Таблица 2.4

Материальные потоки процесса

 

№ п/п	Наименование	Параметры
		Фазовый состав	Р, МПа	Т, °С
1	Фракция углеводородов С4 со склада	Ж	0,43	25
2	Фракция углеводородов С4 после испарителя Т-1	П	0,43	60
3	Ацетонитрил (АЦН) со склада	Ж	0,35	25
4	Ингибитор «Н» и «А»	Ж	0,35	25
5	Умягчена вода	Ж	0,35	25
6	Водный раствор АЦН после емкости Е-1	Ж	0,36	54
7	Водный раствор АЦН после насоса Н-1 и фильтра Ф-1  направляемый в холодильник Т-4	Ж	0,4	54
8	Водный раствор АЦН после холодильника  Т-4	Ж	0,38	50
9	Пары с верха колонны К-1	П	0,37	36
10	Конденсат после дефлегматора Т-3	Ж	0,36	15
11	Флегма после емкости Е-2	Ж	0,36	15
12	Флегма после насоса Н-2	Ж	0,38	15
13	Водный слой из емкости Е-2 направляемый на узел регенерации и отмывки АЦН	Ж	0,36	15
14	Пары БИФ после дефлегматора Т-3 направляемые на узел отмывки БИФ от АЦН	П	0,36	15
15	Углеводороды из кубовой части колонны К-1 направляемые в кипятильник Т-5	Ж	0,43	55
16	Углеводороды после кипятильника Т-5 направляемые в кубовую часть колонны К-1	П	0,43	60
17	Насыщенный АЦН из куба колонны К-1	Ж	0,43	55
18	Насыщенный АЦН после насоса Н-3   и фильтра Ф-2	Ж	0,44	50
19	Пары с верха колонны К-2 направляемые на рецикл в колонну К-1	П	0,43	55
20	Углеводороды из кубовой части колонны К-2 направляемые в кипятильник Т-6	Ж	0,49	75
21	Углеводороды после кипятильника Т-6 направляемые в кубовую часть колонны К-2	П	0,49	78
22	Насыщенный АЦН из куба колонны К-2	Ж	0,49	75
23	Насыщенный АЦН после насоса Н-4   и фильтра Ф-3	Ж	0,5	85
24	Пары с верха колонны К-3	П	0,5	90
25	Бутадиен-сырец в паровой фазе направляемый в колонну К-4	П	0,5	90
26	Бутадиен-сырец в паровой фазе направляемый на рецикл в колонну К-2	П	0,5	90
27	Боковой отбор ацетиленовых соединений	П/Ж	0,53	120
28	Боковой отбор  после конденсатора Т-8	Ж	0,52	80
29	Боковой отбор в паровой фазе после емкости Е-3 направляемый на узел отмывки ацетиленовых углеводородов от АЦН	П	0,51	70
30	Азот на разбавление ацетиленовых углеводородов	П	0,51	25
31	Углеводороды после емкости Е-3	Ж	0,52	80
32	Углеводороды после насоса Н-5 направляемые на рецикл в колонну К-3	Ж	0,53	80
33	Углеводороды из кубовой части колонны К-3 направляемые в кипятильник Т-7	Ж	0,58	140
34	Углеводороды после кипятильника Т-7 направляемые в кубовую часть колонны К-3	П	0,58	143
35	АЦН из куба колонны К-3 направляемый на обогрев кипятильника Т-10	Ж	0,58	140
36	АЦН из куба колонны К-3 направляемый на обогрев кипятильника Т-6	Ж	0,58	140
37	АЦН после кипятильника Т-6 направляемый на обогрев кипятильника Т-5	Ж	0,56	87
38	АЦН после кипятильника Т-6 направляемый на обогрев испарителя Т-1	Ж	0,55	62
39	АЦН после испарителя Т-1	Ж	0,54	58
40	АЦН после холодильника Т-2	Ж	0,5	55
41	Водный раствор АЦН после насоса Н-1 направляемый в холодильник Т-9	Ж	0,4	54
42	Водный раствор АЦН после после холодильника Т-9	Ж	0,39	45
43	Пары с верха колонны К-4	П	0,39	25
44	Конденсат после дефлегматора Т-11	Ж	0,38	15
45	Флегма после емкости Е-4	Ж	0,38	15
46	Флегма после насоса Н-7	Ж	0,4	15
47	Водный слой из емкости Е-4 направляемый на узел регенерации и отмывки АЦН	Ж	0,38	15
48	Углеводороды из кубовой части колонны К-4 направляемые в кипятильник Т-10	Ж	0,44	75
49	Углеводороды после кипятильника Т-10 направляемые в кубовую часть колонны К-4	Ж	0,44	78
50	Насыщенный АЦН из куба колонны К-4	Ж	0,44	75
51	Насыщенный АЦН после насоса Н-6 и фильтра Ф-4 направляемый на рецикл в колонну К-3	Ж	0,5	75
52	АЦН после кипятильника Т-10 направляемый на рецикл	Ж	0,56	63
53	Бутадиен-сырец после емкости Е-4 направляется на узел очистки от пропина (метилацетилена) и осушки	Ж	0,38	15

 

Параметры основных материальных потоков процесса представлены в табл. 2.5.

 

Таблица 2.5

Перечень основных материальных потоков

 

№ п/п	Наименование	Параметры
		Фазовый состав	Р, МПа	Т, °С
1	Фракция углеводородов С4 со склада	Ж	0,43	25
14	Пары БИФ после дефлегматора Т-3 направляемые на узел отмывки БИФ от АЦН	П	0,36	15
29	Боковой отбор в паровой фазе после емкости Е-3, направляемый на узел отмывки ацетиленовых углеводородов от АЦН	П	0,51	70
53	Бутадиен-сырец после емкости Е-4, направляется на узел очистки от пропина (метилацетилена) и осушки	Ж	0,38	15
50	Насыщенный АЦН из куба колонны К-4	Ж	0,44	75

 

2.4. Нормы технологического режима

 

Нормы технологического режима процесса представлены в табл. 2.6.

 

 

 

Таблица 2.6

Нормы технологического режима

 

Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима	Ед. из.	Технологические параметры	Примечание
Колонна К-1
температура ацетонитрила, подаваемого в колонну	оС	50	Регулирование
давление верха колонны	МПа	0,37	Регулирование
перепад давления между кубом и верхом	МПа	0,06	Регистрация
флегмовое число	-	3	Регулирование
содержание бутадиена по верху колонны	% масс	н/б 1,0	Хроматографич. анализ
соотношение ацетонитрил/сырье	-	7/1	Расчет соотношения по приборам
состав циркулирующего ацетонитрила:			Лабораторный анализ
- вода		5-10
- ацетонитрил	% масс	80-95
- димеры	% масс	н/б 1,0
- уксусная кислота	% масс	отсут-е
- рН	% масс	7,5-9,5
- углеводороды С4	% масс	н/б 0,02
- ингибитор «Н»	% масс	0,01-0,03
отношение отбора верхнего продукта к питанию	-	0,67/1
Колонна К-2
температура куба колонны	оС	75	Регулирование
перепад давления между кубом и верхом	МПа	0,06	Регистрация
Колонна К-3
температура куба колонны	оС	140	Регистрация
перепад давления между кубом и верхом	МПа	0,08	Регистрация
температура в точке отбора ацетиленовых углеводородов	оС	120	Регистрация
содержание ацетиленовых углеводородов в боковом отборе колонны	% об.	н/б 30	Лаб. анализ
Расход инертного газа на ступень разбавления ацетиленовых у/водородов	нм3/час	50	Регулирование
отношение отбора верхнего продукта к питанию	-	0,99/1
Колонна К-4
температура ацетонитрила, подаваемого в колонну	оС	45	Регулирование
перепад давления между кубом и верхом	МПа	0,05	Регистрация
температура куба колонны	оС	75	Регулирование
давление верха колонны	МПа	0,39	Регулирование
флегмовое число	-	2	Регулирование
соотношение АЦН/бутадиен-сырец	-	3/1	Регулирование
содержание АЦН по верху колонны	% масс	н/б 0,5	Лаб. анализ
содержание ацетиленовых углеводородов	% масс	н/б 0,005	Лаб. анализ
отношение отбора верхнего продукта к питанию	-	0,99/1

 

 

2.5. Аналитический контроль производства

 

Пробы  для анализа отбираются согласно плану аналитического контроля в соответствии с графиком отбора проб и дополнительно по указанию начальника смены или сменного химика.

Все пробоотборники, камеры и посуда доставляются в цех к месту хранения проб заранее и с соответствующей маркировкой (номер цеха,  номер аппарата). Аппаратчики должны отбирать пробы по своему рабочему месту в строгом соответствии с маркировкой, не делая никаких надписей на пробоотборниках. Подробная этикетка с указанием места, времени (по графику), смены, даты составляется пробоотборщиком после доставки проб в лабораторию при передаче их на анализ.

Переноска отобранных проб осуществляется в специальных металлических разносках, оборудованных гнездами.

Сведения о аналитическом контроле производства бутадиена представлены в табл. 2.7.

 

Таблица 2.7

Аналитический контроль производства

 

Наименование стадий процесса, анализируемый продукт	Место отбора пробы (место установки средства измерения)	Контролируемые показатели	Метод контроля (методика анализа, ГОСТ, ОСТ)	Норма	Частота контроля
Пиролизная фракция на входе в цех	На трубопроводе ПФ перед Т-15 (Т-1)	Углеводородный состав; % масс, в т.ч.	ТУ 38. 402-62-123-90	не норм	2 р/сут
		Сумма алленовых у/в		не норм	то же
		Сумма ацетиленовых у/в		н/б 0,8	то же
Десорбированный. ацетонитрил	На линии из  куба колонны Кт-30 (К-3)	Состав, % масс.	Методика НИИМСК 1986 г.
		Ацетонитрил		80-95	1 р/сут
		Н2О		5-10	то же
		С4		н/б 0,02	то же
		димер		н/б 1,0	то же
Бутадиен-сырец	На линии из  Колонны  Кт-30 (К-3)	Углеводородный состав; % масс.	Методика НИИМСК 1990 г.	не норм	3 р/сут
Бутилен-изобутиленовая фракция	На линии всаса насоса  Н-23 (Н-2)	Углеводородный состав; % масс.	Методика НИИМСК 1990 г.
		С3		не норм.	1 р/сут
		Сумма С4		не норм.	то же
		Бутадиен		н/б 1,0	то же
		Ацетонитрил		не норм.	то же
Бутадиен-сырец	На линии нагнетания насоса Н-49 (Н-7)	Ацетиленовые у/в; % масс.	ТУ 38. 103658-88	не норм.	3 р/сут
		Ацетонитрил; % масс.	Методика НИИМСК 1986 г.	н/б 0,5	1 р/сут
Фракция ацетиленовых углеводородов	На линии от Е-39 (Е-3) к Кн-160	Ацетиленовые у/в; % масс.	ТУ 38. 103658-88	н/б 15	1 р/сут
Циркулирующий ацетонитрил	На линии всаса насоса Н-18 (Н-1)	Состав; % масс.	Методика НИИМСК 1986 г.
		Ацетонитрил		80-95	3 р/сут
		Н2О		5-10	то же
		С4		н/б 0,02	то же
		димер		н/б 1,0	то же
		СН3ОН		не норм	то же
		рН		7,5-9,5	то же
		NaNO2		0,01-0,03	1 р/сут
		ТЭА	Фотоколометрический	не норм	то же
		СН3СООН	Методика НИИМСК 1985 г.	отсутствие	то же
		Ацетат  Na		не норм	то же
		Соли кислые		н/б 0,05	то же
		Соли основные		н/б 0,05	то же