CC BY
101
УДК 66-931.2
Н. В. Соловьев, Т. Н. Качалова
МОДЕРНИЗАЦИЯ ОТДЕЛЕНИЯ ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ ПИРОГАЗА С ВЫДЕЛЕНИЕМ ТОВАРНОГО ЭТИЛЕНА
Ключевые слова: этан-этиленовая фракция, щелочь, этилен, катализатор, очистка, гидрирование.
Спроектировано отделение газоразделения пирогаза с модернизацией блока щелочной очистки этан-этиленовой фракции от углекислого газа и серосодержащих соединений и узел очистки от ацетилена. Разработана технологическая схема, выполнены 3D модели оборудования, конструкций и обвязка трубопроводами с помощью программ: AutoDesk AutoCAD P&ID и AutoCAD Plant 3D. Произведены технико-технологические расчеты, выполнена автоматизация, КИПиА в программах: MathCad, Hysys.
Keywords: ethane-ethylene fraction, alkali, ethylene, catalyst, purification, hydrogenation.
Pyrogas separation unit was designed with the modernization of units for the alkaline cleaning ethane-ethylene fraction from carbon dioxide and sulfur compounds and for acetylene purification. The technological scheme was developed and 3D models of equipment, structures and piping pipelines were made using AutoDesk AutoCAD P&ID и AutoCAD Plant 3D programs. The technical and technological calculations were made, automation and instrumentation were performed using: MathCad, Hysys programs.
Мировое производство этилена по данным на 2014 год составило 167 млн. тонн. К крупнейшим производителям относятся США, Китай, Саудовская Аравия, Япония, Южная Корея и Германия. Несомненными лидерами являются США (17%) и Китай (около 11%) и Саудовская Аравия (10%). Доля России в мировом производстве этилена составляет около 2%. По данным [1] в РФ в 2012 году было произведено 3,3 млн. тонн. Крупными российскими производителями являются «Нижнекамскнефте-хим», «Сибур», «Казаньоргсинтез» и «Ставролен». В нашей республике ежегодно производится 1,2 млн. тонн [2].
Основным направлением использования этилена во всем мире является получение полиэтилена (более 60%). Кроме того, этилен используют в качестве сырья для производства оксида этилена, хлористого винила, винилацетата и этилацетата. Также он используется в качестве алкилирующего агента при получении этилбензола и исходного материала при производстве ацетальдегида [3].
Производство полиэтилена в мире по данным GlobaЮata будет расти в среднем на 3,7% в год до 2018 года. Рост будет наблюдаться в США, Европе и прежде всего в России [4]. На сегодняшний день Татарстан обеспечивает более 51% всего российского полиэтилена [5].
В связи с этим будут наращиваться и мощности по производству этилена. Практически все страны мира заявили о наращивании мощностей. Согласно прогнозу GlobalData, мощности по получению этилена в мире увеличатся до 208,5 млн. тонн в год к 2017 году. При этом доля Китая и США составит около трети новых мощностей [6]. В США в 20162017 годах намечен запуск установок по производству этилена на основе сланцевого газа [7]. Единичная мощность заводов составит от 500 до 1500 тысяч тонн этилена в год. Всего запланирован запуск 50 химических заводов, производящих этилен, полиэтилен, метанол и аммиак. Мощность установок в Китае планируется увеличить за счет нескольких небольших заводов, работающих на основе тя-
желого сырья. Запуск заводов планируется на 20152016 годы.
В России к 2020 году, согласно прогнозу международного агентства, мощность установок пиролиза увеличится с 3,3 миллионов тонн до 5,3 миллионов тонн. А в соответствии с планом развития нефтехимии рост мощностей может составить 12,9 миллионов тонн за счет прироста на 6 миллионов тонн в Европейской части, на 2,3 миллиона тонн в Сибири и на 1 миллион тонн на Дальнем Востоке [8].
В нашей республике реализуется ряд проектов, согласно которым до 2025 года выпуск этилена планируется увеличить до 2,3 млн. тонн в год [9]. Главным образом за счет ввода нового завода этилена на «Нижнекамскнефтехим». В настоящее время на предприятии производится 600 тыс. тонн этилена в год. Запуск нового комплекса намечен на 2017 год.
Исходя из этого видно, что этилен остается одним из важнейших продуктов современной нефтехимии. Совершенствование процессов его получения является актуальной задачей.
Целью работы является проектирование отделения газоразделения пирогаза с модернизацией блока щелочной очистки этан-этиленовой фракции от серосодержащих соединений и диоксида углерода и узла очистки этан-этиленовой фракции от ацетилена методом гидрирования. Модернизация блока щелочной очистки заключалась в переходе на двухста-дийную очистку [10]. Она подразумевает последовательную обработку этан-этиленовой фракции водным раствором гидроксида натрия разной концентрации. На первой ступени концентрация составляет 5%, на второй -10% (рис.1). Увеличение щелочной очистки до двух стадий вместо одной позволит уменьшить количество потребляемой щелочи. Вследствие чего, сократятся финансовые издержки на ее закупку. Помимо этого, последовательная очистка сначала 5%, а затем и 10% водным раствором гидроксида натрия (рис.2) позволит более эффективно проводить процесс при изменении состава сырья. А также повлечет положительный экологический эффект за счет уменьшения объема хи-
мически загрязненных стоков в канализацию после использования щелочи.
I Водп
Рис. 1 - Р&ГО-схема блока щелочной очистки этан-этиленовой фракции. Часть 1
Рис. 2 - Р&ГО-схема блока щелочной очистки этан-этиленовой фракции. Часть 2
Химическое производство требует больших капиталовложений. Уровень доходов напрямую зависит от количества получаемого продукта, поэтому следует уменьшить количество побочных реакций, которые в свою очередь, зависят от селективности процесса. Из этого следует, что на оптимизацию процесса влияет тип и свойства применяемого катализатора.
Модернизация узла гидрирования этан-этиленовой фракции заключалась в подборе катализатора с лучшими характеристиками по отношению к катализатору, применяемому в производстве на данный момент и меньшим содержанием драгоценных металлов. Используемый на 1 очереди получения этилена ОАО «Казаньоргсинтез» катализатор
имеет относительно невысокую селективность по этилену, что приводит к побочным реакциям, а именно гидрированию ацетилена до этана и, соответственно, потере основного продукта - этилена.
ЗЭР
Рис. 3 - P&ID схема узла гидрирования этан-этиленовой фракции
В результате проведенного поиска был предложен катализатор селективного гидрирования ацетиленовых и диеновых углеводородов в C2-C5-углеводородных фракциях. Он представляет собой алюмооксидную основу со следующим содержанием компонентов: палладий - 0,03, промотор (Co) -0,15, сопромотор (Bi)- 0,20, алюмооксидный носитель - остальное. Промотор на носителе закреплен в оксидной форме до активного компонента. Частицы палладия закреплены на носителе в нулевой степени окисления в электронном состоянии валентных ор-биталей своих атомов [11]. Преимуществом данного катализатора является более высокая селективность (69,2 %) по сравнению с действующим. В результате этого, выход этилена увеличился с 4353,23 до 4398,43 килограмм в час. Также предлагаемый катализатор имеет меньшее содержание палладия (0,03% масс.) по отношению к используемому в данный момент на производстве (0,07% масс.). Применение данного катализатора позволит увеличить выход этилена и приведет к экономической выгоде производства.
P&ID схема узла гидрирования этан-этиленовой фракции представлена на рис.3. Технологическая схема получения этилена включает блоки щелочной очистки и гидрирования этан-этиленовой фракции и выделения товарного этилена. Общий вид установки представлен на рис.4. В ходе работы был произведен расчет материального баланса, основного и вспомогательного оборудования в программах Hysys и Mathcad. Выполнена 3D модель оборудования с помощью программы AutoCADPlant 3D.Технологическая схема составлена с использованием программного пакета AutoCad WorxP&ID.
Рис. 4 - 3D модель установки получения этилена
Литература
I. Характеристика производства этилена / Салимгареев Р.Р., Рачковский С.В. // Вестник КНИТУ, 2014. Т.17. №11. с. 178-179. 2. The Chemical Journal, 2014. №9. с.54.
3. Модернизация узла гидрирования этан-этиленовой фракции / Качалова Т.Н., Хайруллина Л.И. // Вестник КНИТУ, 2012. Т.15. №10. с. 230-231.
4. The Chemical Journal, 2014. №7-8. с.62.
5. The Chemical Journal, 2014. №6. с.14.
6. Сайт Юнипек [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.unipec.ru/upload/upload/2014.05.29_Bolshaya_ Khimiya_Tyrdenev_presentation.pdf, свободный.
7. The Chemical Journal, 2013. №4. с.24-28
8. Сайт Маркетрепорт [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.mrcplast.ru/news-news_open-304540.html , свободный. 9. The Chemical Journal, 2014. №1-2. с.18.
10. Пат. РФ 2547021.
II. Пат. РФ 2547258.
© Н. В. Соловьев - магистр кафедры технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, solorus116@gmail.com; Т. Н. Качалова - канд. хим. наук, доц. кафедры технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, kachalova_tatyana71@mail.ru.
© N. V. Solovyev, Master, Department of technology of basic organic and petrochemical synthesis, KNRTU, solorus116@gmail.com; T.N. Kachalova, Associate Professor, Department of technology of basic organic and petrochemical synthesis, KNRTU, kachalova_tatyana71@mail.ru.
