CC BY
82
УДК 66.023
М. А. Закиров, Ш. Б. Гатауллин МОДЕРНИЗАЦИЯ НАСАДОЧНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ РЕКТИФИКАЦИИ СМЕСИ ГЛИКОЛЕЙ
Ключевые слова: гликоли, ректификационная колонна, регулярная насадка.
В статье проведен анализ технико-экономических показателей работы основного оборудования узла выделения гликолей. Показаны недостатки в работе действующего оборудования узла. Предлагается модернизация верхней укрепляющей части вакуумной ректификационной колонны за счет установки дополнительного пакета регулярной насадки марки «Меллапак-250.У» с целью повышения качества выделяемой в колонне смеси гликолей.
Keywords: glycols, distillation column, a regular packing.
In the article the analysis of technical and economic indicators of operation of main equipment of node of allocation glycols. Are shown the deficiencies in the existing equipment of the node. Proposed modernization strengthening the upper part of the vacuum distillation columns by installing an additional package regular packing type Mellapack-250. U" with the aim of increasing the quality allocated in the column of a mixture ofglycols.
Введение
При создании конкурентоспособной продукции, реализации национальных проектов и программ важное значение принадлежит химическому и нефтехимическому комплексу страны, т.к. от уровня развития последнего во многом зависят состояние и перспективы развития других отраслей экономики, обеспечение научно-технического прогресса в промышленном производстве, строительстве, транспорте, в области информационных технологий, жилищно-коммунальном хозяйстве и др.
Задачей стратегии развития химического и нефтехимического комплекса является обеспечение потребностей рынка продукцией различного функционального назначения путем увеличения объема производства и качества выпускаемой продукции за счет непрерывного изменения ее структуры, реализации национальных проектов и федеральных целевых проектов и т.д. [1, 2].
Устойчивое развитие химической
промышленности невозможно обеспечить без развития сырьевой и производственной базы в соответствии с потребностями химического комплекса.
Вопрос сырьевого обеспечения производства окиси этилена вполне успешно решается в рамках отечественного производства этилена и его производных. Около 70 % производства окиси этилена идет на экспорт, а из оставшегося в Российской Федерации около 75 % этой востребованной на мировом рынке продукции используется на производстве стирола. Сложившаяся конъюнктура рынка и ценовая ситуация также делают экспорт окиси этилена наиболее предпочтительным каналом сбыта. Все вышесказанное обуславливает необходимость обеспечения высокого качества производимой продукции этиленового комплекса [2].
Описание технологической схемы установки
В нашей стране подобное производство внедрено на ПАО «Нижнекамскнефтехим» («НКНХ») в начале 80-х годов, на сегодняшний день в Нижнекамске выпускается в год порядка 250 тысяч
тонн окиси этилена и 60 тысяч тонн окиси пропилена [3].
Производство этиленгликолей, входящих в производственную структуру большинства заводов по производству окиси этилена, предназначено для получения этиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля и полиэтиленгликолей.
Проектная мощность производства составляет 63000 тонн этиленгликоля в год. Мощность завода окиси этилена, по состоянию к 1 января 2012 года, производит в год 67700 тонн этиленгликоля высшего сорта, 9090 тонн этиленгликоля 1 сорта.
Основные области применения выпускаемой на ПАО «НКНХ» продукции:
Этиленгликоль используется в производстве синтетических волокон, смол, растворителей, незамерзающих и гидравлических жидкостей.
Диэтиленгликоль используется в
промышленности органического синтеза, в производстве полиуретанов, для осушки природного газа и экстракции ароматических углеводородов.
Триэтиленгликоль используется в качестве сырья в производстве олигоэфиракрилатов,
полиэфиракрилатов, пластификаторов и других продуктов органического синтеза.
В связи с непрерывным возрастанием спроса на данную номенклатуру продукции перед нефтехимиками ставится первоочередная задача по повышению качества выпускаемой продукции, обеспечения экологической безопасности производства.
Получение этиленгликолей на заводе окиси этилена ПАО «НКНХ» осуществляется [3] методом жидкофазной гидратации окиси этилена при давлении 17 - 20 кгс/см2, температуре 150 - 180 °С и мольном соотношении окиси этилена и воды 1:15±3 с последующим трехступенчатым упариванием реакционной массы и рециклом упаренной воды на стадии приготовления реакционной шихты в сборнике Е-201, осушкой полученного гликоля-сырца и выделением целевых продуктов вакуумной ректификацией в колонне К-303.
Для выделения гликолей на конечной стадии ректификации упаренной реакционной массы предусмотрен узел выделения гликолей,
осуществляемый на ректификационной насадочной колонне К-3 03 цеха 2406 завода окиси этилена ПАО «НКНХ».
Режим работы и характеристики колонны
К-303 [3]:
Температура верха, °С 60
Температура куба, °С 160
Давление верха, мм рт. ст. 300
Давление куба, мм рт. ст. 800
Диаметр, мм 1800
Высота, мм 25820
Исходный продукт - побочный водногликолевый раствор, содержащий гликолей не менее 70% масс. и рН 8 - 12, насосом Н-343 подается на среднюю часть колонны К-303 между пакетами регулярной насадки «Меллапак-250.У». Подвод тепла к кубу колонны К-303 производится выносным вертикальным кипятильником Т-313, в межтрубное пространство которого подается водяной пар. Паровой конденсат из кипятильника Т-313 отводится на узел сборки парового конденсата. Образовавшиеся в кипятильнике Т-313 пары гликолей поднимаются вверх по колонне и контактируют в слоях насадки с нисходящим потоком жидкости. В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно низкокипящий компонент - вода. В свою очередь, из поднимающегося пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно высококипящий компонент, т.е. гликоли.
В результате многократного контакта неравновесных потоков жидкости и газа в слоях насадки компоненты перераспределяются между фазами, что приводит к практически полному разделению исходной смеси на 2 целевых продукта: воды в качестве дистиллята с верха колонны и раствора гликолей - с низа колонны в качестве кубового остатка.
Частичная конденсация паров низкокипящего компонента с верха колонны осуществляется в конденсаторе - дефлегматоре Т-303, в трубное пространство которого подается оборотная вода, а окончательная конденсация - в дефлегматоре Т-304 за счет подачи в межтрубное пространство охлажденного антифриза. Сконденсированная вода из аппаратов Т-303 и Т-304 поступает во всасывающий патрубок насоса Н-303, с линии нагнетания которого вода частично в качестве флегмы подается на верх колонны К-303, а остальная часть откачивается в сборник дистиллята - химически загрязненной воды. Кубовая жидкость с низа колонны К-303 также делится на 2 части. Одна часть по уровню в кубе направляется на циркуляцию в кипятильник Т-313, а другая часть насосом Н-323 откачивается в колонну К-304 следующего узла на разделение этиленгликоля из смеси гликолей.
Для поддержания в системе колонны К-303 вакуума на узле используется пароэжекторная вакуумная установка ПЭУ-303 производитель-
ностью 20 кг/час с глубиной вакуума 10 - 20 мм рт. столба.
В связи с реализацией программы экономии энергетических и материальных ресурсов и снижения экологической нагрузки на окружающую среду за последние годы на ПАО «НКНХ» ужесточились требования к содержанию вредных примесей в системе оборотного водоснабжения, в частности содержание органических примесей в химически загрязненных стоках воды не должна превышать 1 % масс. вместо 2 - 3 % масс. по предыдущим нормам.
В связи с этим нами проведена технико-экономическая оценка модернизации действующей насадочной колонны К-303 путем установки дополнительного слоя используемой в колонне в колонне регулярной насадки «Меллапак - 250.У» [4 -6], с целью увеличения четкости разделения исходной смеси до нормативного значения содержания гликолей в дистилляте до 1 % масс., при сохранении заданной производительности колонны 6200 кг/час и используемого технологического оборудования и вакуумсоздающей установки.
Рис. 1 - Схема модернизации верхней укрепляющей части насадочной колонны К-303: 1 - корпус; 2 - распределитель жидкости; 3 - люк Ду 500 мм; 4 - зажимная решетка; 5 -опорная колосниковая решетка под насадку; 6 - дополнительный пакет насадки «Меллапак-250.У»
Проведенные нами технологические расчеты показали, что требуемая четкость разделения может быть достигнута за счет установки дополнительного пакета насадки «Меллапак-250.У» высотой 1200 мм на верхней укрепляющей части колонны К-303 при сохранении диаметра колонны 1800 мм. Обладая небольшим гидравлическим сопротивлением [4, 6], дополнительный слой насадки не оказывает заметного влияния на величину создаваемого в колонне вакуума и допускает использование установленной на установке пароэжекторной установки ПУЭ-303 с достаточным запасом.
Схема модернизованной колонны с дополнительным пакетом насадки 6 представлена на рис. 1. Капитальные затраты по модернизации
указанной колонны включают наращение корпуса 1 на 1200 мм с люком 3 диаметром 500 мм, установку дополнительной опорной колосниковой решетки 5 и зажимной решетки 4 над монтируемым слоем насадки. Верхняя сепарационная зона колонны с распределителем жидкости 1 остаются без изменения.
Стоимость капитальных затрат по реконструкции колонны К-303 незначительна и окупается за 14 месяцев, в основном за счет повышения качества кубового продукта, связанного со снижением содержания низкокипящего компонента - воды в кубовом продукте модернизированной колонны до 1 % масс. вместо 1,5 - 2 % масс. на действующей колонне. Кроме того в результате данной модернизации колонны обеспечивается значительный экологический эффект за счет снижения содержания органических компонентов в химически загрязненных выбросах узла выделения гликолей цеха 2406 ПАО «Нижнекамскнефтехим».
Литература
1. Г.Н. Ларионова. Вестник Казанского технологического университета. 16, №12, 225 - 228. (2013).
2. А.А. Стародубова, А.Н. Дырдонова, Е.С. Андреева. Вестник Казанского технологического университета, 15, №11, 208 - 211. (2012).
3. Технологический регламент цеха № 2405 ПАО «Нижнекамскнефтехим».
4. И.И. Поникаров, М.Г. Гайнуллин. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Альфа-М, Москва, 2006. 608 с.
5. Х.Х. Гильманов, М.А. Закиров. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки. Уч. пособие. Нижнекамский хим.-технол. ин-т, Нижнекамск, 2013. 128 с.
6. А.С. Тимонин, Б.Г. Балдин, В.Я. Борщев и др. Под общей редакцией А.С. Тимонина. Машины и аппараты химических производств Учебник для вузов. «Ноосфера», Калуга, 2014. 856 с.
© М. А. Закиров - кандидат технических наук, доцент кафедры машин и аппаратов химических производств НХТИ КНИТУ, [email protected]; Ш. Б. Гатауллин - студент группы 2822 НХТИ КНИТУ.
© M. A. Zakirov - candidate of technical sciences, associate professor of the department of Machines and apparatus of chemical plants of Nizhnekamsk chemical-technological institute of Kazan national research technological university, [email protected]; Sh. B. Gataullin - student of group 2822 of Nizhnekamsk chemical-technological institute of the Kazan national research technological university.
