CC BY
130
А. А. Зиятдинова, Ф. Р. Гариева
3D ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛА АЛКИЛИРОВАНИЯ И ТРАНСАЛКИЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛБЕНЗОЛА НА ЦЕОЛИТНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Ключевые слова: этилбензол, цеолиты, алкилирование, трансалкилирование, жидкофазные процессы.
Проведено проектирование узла алкилирования и трансалкилирования производства этилбензола. Разработана технологическая схема с использованием программ CADWorxP&ID, спроектирована система автоматизации и КИПиА по международному стандарту ANSI/ISA, произведены технико-технологические, механические расчеты в программах MathCad, Hysys, выполнены 3d модели оборудования и металлоконструкций в программах CADWorxEquipment и CADWorxSteel, их обвязка трубопроводами в CADWorxPlant.
Keywords: ethylbenzene, zeolites, alkylation, transalkylation, liquid-phase processes.
Designing the site of alkylation and transalkylation of ethylbenzene production was carried out. Flowsheet was designed using the CADWorxP&ID program, automation and instrumentation is designed according to international standard ANSI /ISA, technical and technological, mechanical calculations are made in the program MathCad, Hysys, 3d model of equipment and metal structures are made in programs and CADWorxEquipment CADWorxSteel, tying them in the pipeline CADWorxPlant
Процесс производства этилбензола является важным звеном в современном нефтехимическом синтезе. Он служит сырьем для получения стирола, одного из основных мономеров для производства каучуков и пластиков. Более 90% всего производимого этилбензола перерабатывается в стирол, современные потребности которого в России составляют около 575 тыс. т/год. В общемировой структуре выработки производных бензола получение этил-бензола занимает первое место, его ежегодная мировая выработка составляет около 28,6 млн. т. Поэтому разработка новых и реконструкция действующих производств является актуальным направлением в совершенствовании промышленных технологий получения этилбензола [1].
Целью работы было проектирование производства этилбензола на цеолитном катализаторе: узла алкилирования и трансалкилирования. При проектировании узла трансалкилирования использовалась жидкофазная технология. Проект создавался с использованием новейших расчетных и графических пакетов программ.
Получение этилбензола основывается на алкилировании бензола этиленом. Большинство существующих установок получения этилбензола в своем составе кроме блока алкилирования бензола имеют блок трансалкилирования ди- и полиалкил-бензолов, образующихся в данном процессе.
В самых ранних технологиях алкилирова-ния/трансалкилирования в качестве катализаторов использовались сильные минеральные кислоты или кислоты Льюиса (например, HF, H2SO4, AlCl3). Эти кислоты токсичны, опасны в обращении и при транспортировке, вызывают коррозию аппаратуры и плохо регенерируются; протекание вторичных реакций снижает селективность основной реакции, а также требует затрат на очистку основных алкил-бензолов и регенерацию вторичных продуктов; образуется большое количество сточных вод, в том числе и кислых, что требует затрат на их очистку. Процессы, в которых используются в качестве ката-
лизаторов кислоты Льюиса, закрепленные на твердом носителе, также имеют ряд недостатков: быстрая дезактивация катализатора, сложность регенерации, унос активного компонента, накопление кислых шламов при утилизации катализатора [2, 3].
Перспективным решением существующих технологических проблем и имеющихся недостатков является переход процессов алкилирования/ трансалкилирования ароматических углеводородов на гетерогенные с использованием цеолитсодержащих катализаторов. При использовании таких катализаторов упрощается технология процесса (отделение и регенерация катализатора); уменьшаются затраты на подготовку сырья, промывку реакционной массы и нейтрализацию кислых сточных вод; уменьшается коррозия оборудования; упрощается организация непрерывных процессов [4].
Со времен пуска первой установки получения этилбензола на цеолитных катализаторах процесс претерпел ряд основных модернизаций и изменений. В данном проекте было решено перевести блок трансалкилирования в отдельный реактор из области высоких температур, соответствующих газофазным условиям, в область низких, соответствующих жидкофазным условиям процесса. Проведение процессов алкилирования и трансалкилирова-ния в отдельных реакторах приводит к существенному увеличению величины конверсии ди- и поли-алкилбензолов, а перевод процесса в жидкую фазу позволяет снизить температуру процесса, соответственно, и энергозатраты, и продлить срок службы катализатора. При использовании жидкофазной технологии выход этилбензола повышается на 10% за счет снижения доли побочных реакций. Таким образом, разработка процесса жидкофазного трансалки-лирования бензола диэтилбензолами на цеолитсодержащих катализаторах имеет несомненную актуальность и значимость. [1]
В проекте представлен узел синтеза этил-бензола на цеолитсодержащих катализаторах, включающий алкилирование бензола этиленом и жидко-
фазное трансалкилирование бензола диэтилбензо-лами. Была разработана технологическая схема в программе CADWorxP&ID (рис.1). Система автоматизации и КИПиА спроектированы по международному стандарту ANSI/ISA. Техникотехнологические и механические расчеты были проведены с использованием расчетно-графической программы HYSYS и MathCad. Графическая часть проекта состоит из 3d моделей основного и вспомогательного оборудования, металлоконструкций, выполненных с помощью программ
CADWorxEquipment и CADWorxSteel (рис. 2). Компоновка и обвязка оборудования технологическими трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой проведена в программе CADWorxPlant.
Рис. 1 - Технологическая схема узла трансалки-лирования ди- и полиалкилбензолов: Т-005- теплообменник; Н-047В- насос; Т-005.1- подогреватель; Р-002- реактор трансалкилирования
Рис. 1 - 3d модель реактора трансалкилирования Литература
1 Основные этапы развития и современное состояние процесса получения этилбензола / Басимова Р. А., Павлов М. Л., Прокопенко А. В., Мячин С. И., Каюмов В. В., Мусина А. Р., Козлова М. Ю., Кутепов Б. И. // Неф-теперераб. и нефтехимия. - 2009. - № 2. - С. 24-28
2 Тимофеев В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза / В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов - М.: Высшая школа, 2003.- 536с.
3 Этилбензол по-русски. The Chemical Journal. 2009. -№8. -с. 32-35
4 Алкилирование фенола доценом-1 в присутствии катализаторов на основе природных алюмосиликатов /Т.Л. Пучкова, Э.В. Чиркунов, А.М. Губайдуллина, Х.Э. Хар-лампиди // Вестник Казан. технол. ун-та- 2011.- Т. 14, №8.- С .158-164.
© А. А. Зиятдинова - магистр каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, [email protected]; Ф. Р. Гариева - канд. хим. наук, проф. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, [email protected].
