Модернизация узла гидрирования этан-этиленовой фракции Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Т. Н. Качалова, Л. И. Хайруллина

МОДЕРНИЗАЦИЯ УЗЛА ГИДРИРОВАНИЯ ЭТАН-ЭТИЛЕНОВОЙ ФРАКЦИИ

Ключевые слова: этилен, ацетилен, катализатор, реактор, селективное гидрирование.

Спроектирован реакционный узел гидрирования этан- этиленовой фракции с применением нового селективного катализатора. Разработана технологическая схема, выполнена автоматизация и КИПиА, произведены технико-технологические расчеты, выполнены 3d модели оборудования и их обвязка трубопроводами в следующих пакетах программ: MathCad, Hysys CADWorwP&D, CADWorxEquipment, CADWorxPlant.

Keywords: ethylene, acetylene, catalyst, reactor, selective hydrogenation.

Designed reactionary unit of hydrogenation ethane-ethylene fraction using a new selective catalyst. The technological scheme, the design of automatic control and equipment were designed. The technical - technological calculations were done. 3D models of equipments and piping conduits were made in the following software packages: MathCad, Hysys, CADWorwP & D, CADWorxEquipment, CADWorxPlant.

Этилен является одним из базовых продуктов промышленной химии и стоит в основании ряда цепочек синтеза. Основное направление использования этилена — в качестве мономера при получении полиэтилена (наиболее крупнотоннажный полимер в мировом производстве). В зависимости от условий полимеризации получают полиэтилены низкого и высокого давления. Этилен является сырьем для производства оксида этилена, этилацетата, стирола, винилацетата, хлористого винила, используется в качестве алкилирующего агента при производстве этилбензола, исходного материала для производства ацетальдегида и синтетического этилового спирта и т.д.

Кроме того, он используются для ускорения созревания плодов овощей и фруктов, дефолиации растений, снижения предуборочного опадения плодов, для уменьшения прочности прикрепления плодов к материнским растениям, что облегчает механизированную уборку урожая.

Современные химические технологии требуют не малых капиталовложений. Уровень затрат сильно зависит от селективности процессов и степени конверсии. На фоне возросшей стоимости энергозатрат, потери продуктов становятся все более весомыми в структуре себестоимости. Отсюда следует, что на оптимизацию процесса влияет тип и качество применяемых катализаторов.

Процессы селективного гидрирования жидких и газообразных фракций пиролиза нефтепродуктов традиционно проводятся в присутствии селективных палладиевых

катализаторов. Использование неоптимального катализатора приводит к большим технологическим потерям, в частности, к потерям этилена в результате неселективного гидрирования.

На большинстве отечественных

производств, как многотоннажных, так и малотоннажных, используются в основном активные катализаторы с высоким содержанием палладия [1]. Так, на I очереди газоразделения на ОАО «Казаньоргсинтез» для очистки этан-этиленовой фракции от ацетилена используется катализатор ПУ,

содержащий 1,8 - 2% Р± Реакция проходит в реакторе гидрирования при температуре 100 - 165 0С. Основные недостатки этого катализатора - низкая селективность, сравнительно высокое содержание палладия, протекание побочных реакций

олигомеризации этилена и ацетилена с образованием "зеленого масла". При использовании такого катализатора нельзя достичь достаточной селективности гидрирования, поскольку не только ацетилен, но и часть этилена гидрируется в этан.

Целью работы было проектирование очистки пирогаза с модернизацией узла гидрирования этан-этиленовой фракции. Модернизация заключалась в подборе катализатора, соизмеримого по активности с известными и широко применяемыми промышленными катализаторами, но обладающего более высокой механической прочностью, селективностью и меньшим содержанием драгоценных металлов.

В результате проведенного патентного поиска предложен катализатор для гидрирования ацетилена в этан-этиленовой фракции,

представляющий собой алюмооксидную основу с нанесенным на нее палладием и модифицирующей добавкой - цезия при следующем соотношении

компонентов, мас. %: палладий 0,01 - 0,5; цезий 0,01 - 0,5; оксид алюминия - остальное [2]. Введение щелочного металла в состав алюмооксидного носителя и Р^А1203 системы приводит к

уменьшению концентрации бренстедовских и льюисовских центров при одновременном

увеличении количества сильных основных центров

[3].

Катализатор обладает следующими преимуществами: процесс гидрирования ацетилена проводится при более низких температурах 40 - 70 0С против 50 - 200 0С, что уменьшает образование «зеленого масла», не приводит к спеканию

катализатора, а также разогреву стенок металла и разрыву аппарата. Кроме того, предложенный катализатор обладает более высокой селективностью и меньшим содержанием драгоценного металла [2].

Применение предложенного катализатора позволяет убрать из технологической схемы три теплообменных аппарата, вследствие проведения гидрирования при более низких температурах.

В ходе работы были произведены расчеты материальных балансов, основного и вспомогательного оборудования с использованием программы НуБ15 и МаШса^ Технологическая схема реакционного узла составлена с использованием программного пакета CadWorxP&ID. Автоматизация КИПиА выполнена по международному стандарту А№1-18А (рис.1 и 2). 3D модели оборудования изображены в программе CadWorxEquipment (рис. 2), обвязка реакционного узла трубопроводами и запорно - регулирующей арматурой произведена в программе CadWorxP1ant.

Рис. 1 - Технологическая схема реакционного узла. Часть 1

Рис. 3 - 3d модель реактора

Литература

1. Муллахметов, А. Г. Гидрирование ацетилена в этан-

этиленовой фракции на новом палладиевом катализаторе: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.04:

защищена 22.01.00: утв. 15.07.00 / Муллахметов Айрат Гильмуллаевич. - Казань., 2000. - 113 с.

2. Пат. 2145519 Российская Федерация, МПК7 В0Ш3/44,

В0Ш1/04, В01Ь23/58. Катализатор гидрирования

ацетилена в этан-этиленовой фракции. / Парфенов А. Н., Юсупов Н. Х., Габутдинов М. С.; заявитель и патентообладатель Парфенов А. Н.. - № 98114420/04; заявл. 15.07.98 ; опубл. 20.02.00, Бюл. № 5. - 321 с.

3. Ламберов А. А. Исследование кислотно-основных свойств модельных Ріі/А1203 систем различными физикохимическими методами. / Ламберов А. А., Халилов И. Ф., Ильясов И. Р., Бикмурзин А. Ш., Герасимова А. В. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 13. - С. 2435.

Рис. 2 - Технологическая схема реакционного узла: 136-реактор гидрирования. Часть 2

©Л. И. Хайруллина - магистр кафедры технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ; Т. Н. Качалова - канд. хим. наук, доц. кафедры технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, svet1anagoryunova@yandex.ru.