CC BY
42
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£
УДК66.048.3.069.833
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2023-1-49-52
Модернизированное производство этаноламинов водным методом на предприятии «Казаньоргсинтез»
Гладкова Д.М.
Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 119991, Москва, Россия
ORCID: https://orcid.org/0009-0005-6458-0803, E-mail: diana_k@inbox.ru Резюме: В статье рассматривается модернизация блока ректификации производства этаноламинов на предприятии ПАО «Казаньоргсинтез» путем увеличения производительности, переквалификации колонны выделения триэтаноламина на колонну отгонки избыточного аммиака, замены в ней насадки, демонтажа колонны отделения избыточного аммиака. Данные изменения направлены на уменьшение металлоемкости производства, повышенный выход продуктов. Кроме того, данный вид модернизации позволяет сократить расходы на демонтажные работы. В ходе расчетов материальных, тепловых балансов, а также поверочных расчетов было установлено, что данная модернизация целесообразна.
Ключевые слова: этаноламины, производство, модернизация, ректификация, насадка, колонна.
Сокращения: МЭА - моноэтаноламин, ДЭА - диэтаноламин, ТЭА - триэтаноламин, СРН - сегментная регулярная насадка.
Для цитирования: Гладкова Д.М. Модернизированное производство этаноламинов водным методом на предприятии «Казаньоргсинтез»// НефтеГазоХимия. 2023. № 1. С. 49-52.
D0I:10.24412/2310-8266-2023-1-49-52
MODERNIZED PRODUCTION OF ETHANOLAMINES BY THE WATER METHOD AT KAZANORGSINTEZ PLANT Gladkova Diana M.
Gubkin Russian State University of Oil and Gas, 119991, Moscow, Russia ORCID: https://orcid.org/0009-0005-6458-0803, E-mail: diana_k@inbox.ru
Abstract: In accordance with this article, the modernization of the rectification unit for the production of ethanolamines at Kazanorgsintez follows by increasing the number of production methods, retraining the triethanolamine separation column for the excess ammonia distillation column and replacing the installation in it, dismantling the excess ammonia separation column. These changes are aimed at reducing the metal intensity of production, increased output. In addition, this type of update allows you to release packages for dismantling. In the course of calculations of material, heat balances, as well as verification calculations, it was found that the coverage of modernization is algorithmic.
Keywords: ethanolamines, production, modernization, distillation, packing, column. For citation: Gladkova D.M. MODERNIZED PRODUCTION OF ETHANOLAMINES BY THE WATER METHOD AT KAZANORGSINTEZ PLANT. Oil & Gas Chemistry. 2023, no. 1, pp. 49-52. DOI:10.24412/2310-8266-2023-1-49-52
Ректификация с начала XIX века стала одним из важнейших технологических процессов химической и нефтяной промышленности. Перегонка и ректификация являются ведущими процессами химической технологии, они включены в базу множества технологических процессов нефтегазо-переработки - более 80%. Сложная перегонка - это перегонка с дефлегмацией, когда образующиеся при перегонке пары конденсируют и в виде флегмы подают навстречу по-
току пара. В итоге тепломассообмена между паром и флегмой пары дополнительно обогащаются низкокипящи-ми компонентами.
Производство этаноламинов имеет глубокую историю начиная с середины XIX века. Этаноламины широко распространены при производстве растворителей и ПАВ, гербицидов, цементов, моющих средств и других продуктов.
Этаноламины имеют достаточно широкий спектр применения в самых разных областях, например: медицина, бытовая химия и косметика, строительство и др. Именно поэтому производство этаноламинов на сегодняшний день является активно развивающимся производством, требующим введения новых разработок и совершенствования технологических узлов.
На сегодняшний день производство этаноламинов можно отнести к быстро развивающимся, характеризующимся высокой экологичностью и широкой областью применения данных продуктов в разных областях промышленности [1]. Основным направлением использования этаноламинов ныне является очистка технологических газов от кислых примесей.
Весь процесс производства можно подразделить на две стадии: стадию синтеза и стадию ректификации [2]. Этапы, из которых состоит процесс получения этаноламинов, следующие:
- прием и загрузка аммиака и оксида этилена;
- синтез этаноламинов;
- отгонка избыточного аммиака;
- отгонка остаточного аммиака и воды;
- отгонка товарного моноэтаноламина;
- доотгонка моноэтаноламина и отгонка диэтаноламина;
- отгонка триэтаноламина.
Условиями для синтеза смеси этаноламинов являются температура 115-120 °С и давление не более 8-10 МПа. Процесс осуществляется при взаимодействии аммиака и этиленоксида. Реакция синтеза этаноламинов сопровожда-
1 • 2023
НефтеГазоХимия 49
<г
•ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
ется значительным выделением тепла и проходит по сложным кинетическим законам с участием продуктов реакции. В связи с этим возникает необходимость в особом аппаратурном оформлении всего технологического процесса.
Существуют два метода синтеза этаноламинов - безводный и водный [3].
При использовании водного метода вода применяется в качестве растворителя аммиака и для удаления избыточного тепла реакции, поэтому она необходима в достаточно большом количестве. Соответственно отгонка воды в этом случае является существенным недостатком, так как увеличивается энергоемкость процесса и возникает необходимость в дополнительном оборудовании. Еще одним недостатком этого метода является образование побочных продуктов - гликолей, от которых необходимо очистить конечные продукты.
Для безводного метода также используется вода, но только в небольших количествах - в качестве катализатора. Недостатком этого метода является повышенное содержание аммиака на выходе из реактора и почти равный состав моно- и диэтаноламинов, что в дальнейшем затруднит получение преимущественно МЭА и ДЭА. Однако из преимуществ данного метода можно отметить: снижение температуры и давления на стадии синтеза, уменьшение металлоемкости оборудования, отсутствие побочных продуктов в связи с низким содержанием воды в смеси.
В ПАО «Казаньоргсинтез» синтез этаноламинов осуществляется путем присоединения аммиака к этиленокси-ду в присутствии воды. Процесс идет в одну стадию при температуре 115-120°С и давлении 8-10 МПа [4]. При соотношении этиленоксида к аммиаку 1:15 моль в продуктах реакции будет содержаться 78,3% моно-, 16% ди- и 4,4% триэтаноламинов. Этиленоксид в реакции реагирует нацело, в то время как аммиак всегда берется в большом избытке. Однако существует и несколько другой метод получения этаноламинов [3]. Его отличительными особенностями являются:
• неполная конверсии этиленоксида (60-80%);
• соотношение этиленоксида к аммиаку 1:8-15 моль;
• последующая отгонка этиленоксида из реакционной смеси и ее возврат на стадию синтеза.
Реакция оксиэтилирования аммиака, лежащая в основе технологического процесса, протекает по следующей схеме [5]:
СН; -СН; -КН] — Н;1Ч - СН; -СН;- ОН ^ / Монаэкаяопя!! ' н (МЭА)
о
Н;Х - СН;- СН; - ОН - СН; - СН; -
\ ! О
СНг—СНз — ОН
/
СНг — СНг + ж; \ / \ О СНг —СИ:—ОН
СН; -СН;-ОН
• нк
\
СН;-СН; - ОН Днзгаясотэдни (ДЭА)
СНг —СНг — ОН
/
■ К—СНг —СНг—ОН
\
СНг — СНг— ОН грюгсшозлмин
(1)
(2)
(3)
Реакторы вытеснения и смешения - основные виды реакторов, применяемых в синтезе этаноламинов при мольном избытке аммиака [2]. Протекание процесса в большом диапазоне соотношений исходных компонентов достигается за счет правильного аппаратурного оформления, оно же обеспечивает устойчивое протекание процесса за счет своевременного удаления тепла из зоны реакции. Смесь этаноламинов после отделения из нее аммиака направляется на разделение вакуумной ректификацией на тарельчатые и насадочные колонны, оборудованные пленочными испарителями. На рис. 1 представлена блок-схема производства этаноламинов на предприятии ПАО «Казаньоргсинтез».
Блок-схема производства этаноламинов
Анмиак со склада
Епкасть окиси этилена
Окись этилена со склада
кпзн
Синтез Синтез Отгонка аммиака колонна №22 Отгонка бобы и аммиака колонна №29 Отгонка моноэтаноламина колонна №40
СдуЬки
Ч£Ь-
© ®
Узел абсорбции
■ Вода на абсорбцию
Рис. 1
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£ ■о-
Таблица 1
Сводный материальный баланс производства этаноламинов
Наименование компонентов Реакционная масса на питание колонны № 22 Дистиллят колонны № 22 Сдувки с колонны № 22 Дистиллят колонны № 29
Ед. измерения кг/час %масс. кг/час %масс. кг/час %масс. кг/час %масс.
аммиак 71.58 0.75% 6718,1 98.83% 8.07 91.22% 13.78 2.96%
окись этилена 0 0.00% 69,87 1,03% 0 0.00% 0 0,00%
вода 1534 15.99% 9.8 0.14% 0.78 8,78% 436 93.72%
МЭА 4212,4 43.92% 0 0.00% 0 0.00% 15,42 3.32%
ДЭА 2405,1 25,08% 0 0,00% 0 0,00% 0 0,00%
ТЭА 1367,2 14.26% 0 0,00% 0 0.00% 0 0,00%
Всего: 9590,3 100.00% 6797,7 100% 8,85 100.00% 465,21 100%
Наименование компонентов Сдувки с колонны № 29 Дистиллят колонны № 40 Товарный МЭА Пары на ПЭН Кубовый остаток колонны № 40 ДЭА марки Б
Ед. измерения кг/час %масс. кг/час %масс. кг/час %масс. кг/час %масс.
аммиак 7 93.11% 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
окись этилена 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
вода 0,52 6.89% 1 0,09% 5,8 78.79% 1.93 0,17%
МЭА 0 0.00% 1165.8 99,71% 1.56 21,21% 39,93 3.52%
ДЭА 0 0.00% 2,34 0,20% 0 0,00% 695,77 61.33%
ТЭА 0 0,00% 0 0,00% 0 0,00% 396.84 34,98%
Всего: 7,52 100% 1169,1 100% 7,37 100.00% 1134.5 100%
Наименование компонентов Дистиллят колонны № 56 Боковой отбор колонны № 56 ДЭА Пары на ПЭН Кубовый остаток колонны № 56 ТЭА марки А
Ед. измерения кг/час %масс. кг/час %масс. кг/час %масс. кг/час %масс.
аммиак 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00% 0 0,00%
окись этилена 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
вода 0,11 1,50% 0 0,00% 5,36 72,73% од 0,01%
МЭА 2,41 32,06% 11,69 1,00% 1,34 18,18% 0 0,00%
ДЭА 4.99 66,44% 1157,4 99.00% 0,67 9,09% 79,31 6.99%
ТЭА 0 0.00% 0 0,00% 0 0,00% 1055,1 93,00%
Всего: 105,13 100% 601,98 100% 0,74 100.00% 426,63 100%
Выявление недостатков производства и пути решения
На предприятии ПАО «Казаньоргсинтез» блок ректификации представляет собой пять последовательных ректификационных колонн (поз. 22, 29, 40, 56, 92). Первые две колонны предназначены для отгонки избыточного аммиака и воды, колонна поз. 40 - для отгонки товарного моноэта-ноламина, колонна поз. 56 - для отгонки товарного диэта-ноламинабоковым отбором, а колонна поз. 92 - для периодической отгонки товарного триэтаноламина. Последняя колонна работает в периодическом режиме, что негативно влияет на энергетические, а следовательно, и экономические затраты производства, а также увеличивает металлоемкость процесса. Колонна поз. 22 тарельчатого типа (18 капсюльных тарелок), колонны поз. 22 и 40 - насадочные, в них находятся насадки «РГН» и «Инжехим-2000» соответственно.
В данной статье предложена модернизация производства этаноламинов путем повышения производительности
блока ректификации. Вводится также изменение компоновки производства, а именно - переквалификация колонны поз. 92 под отгонку избыточного аммиака и замену в ней регулярной гофрированной насадки на регулярную сегментную и полный демонтаж колонны поз. 22.
Насадка обладает некоторыми преимуществами перед тарелками [6]:
- низкое гидравлическое сопротивление;
- небольшой перепад давления по высоте аппарата;
- широкий диапазон устойчивой работы;
- высокий КПД;
- высокая разделительная способность.
Повышение производительности -это прямой путь к увеличению выпуска продукции, поэтому был произведен расчет узла ректификации на производительность, равную 18 000 т/год вместо 15 900 т/год. Результаты расчета отражены в табл. 1.
При пересчете на повышенную производительность было выявлено, что при надежном контроле за параметрами процесса, а именнопревышение температуры в кубе колонн и образование нежелательных оксазолидинов удается избежать [5], следовательно необходимости в колонне поз. 92 нет, так как кубом колонны поз. 56 уже является ТЭА марки А, отвечающий техническим условиям [7]. Изначально был проведен технологический расчет на замену тарелок на насадку СРН в колонне поз. 22, в ходе которого выяснилось, что для нового контактного устройства в аппарате будет достаточно диаметра 0,6 м.
Тогда было принято новое решение: колонна поз. 92 имеет диаметр 0,6 м, а значит, можно использовать ее для отгонки избыточного аммиака вместо колонны поз. 22, достаточно будет заменить в ней насадку на СРН. Переквалификация колонны поз. 92 позволяет избежать лишних демонтажных работ. Поверочный расчет показал, что обечайка колонны поз. 92 способна выдержать избыточное давление, необходимое для отгонки аммиака, новая насадка СРН обеспечивает большую поверхность тепломассообмена и высокую степень разделения компонентов.
Выводы о целесообразности модернизации
Таким образом, проведенные технологические расчеты подтвердили возможность внедрения данной модернизации в производство этаноламинов на предприятии ПАО «Казаньоргсинтез». Увеличенная производительность позволит выпускать больше продукции для нужд потребителей, а уменьшенная металлоемкость блока ректификации позволит сократить расходы теплоносителей для оборудования.
1 • 2023
НефтеГазоХимия 51
#- ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пенкин К.В., Сажин С.Г. Технологический процесс производства эта-ноламинов и его особенности как объекта управления // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 2. С. 29-32.
2. Пенкин К.В. Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций: дис. канд. техн. наук: 05.11.13. Дзержинск. 2014. 183 с.
3. Патент РФ № 2167147С1 МПК С07С215/08. Способ получения этанолами-нов / Рылеев Г.И. Опубл. 20.05.2001.
4. Этаноламин. URL: https://ru.wikipedia.org (дата обращения 17.03.2023).
5. Постоянный технологический регламент производства этаноламинов № 13-36-17 / Казань: Казаньоргсинтез, 2017. 402 с.
6. Разинов А.И., Клинов А.В., Дьяконов Г.С. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. пособие. Казань: Изд-во КНИТУ, 2017. 860 с.
7. ТУ 2423-168-00203335-2007 Триэтаноламин технический марки А.
REFERENCES
1. Penkin K.V., Sazhin S.G. Technological process for the production of ethanolamines and its features as a control object. Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii, 2013, no. 2, pp. 29-32 (In Russian).
2. Penkin K.V. Matematicheskiye modeli stadii sinteza etanolamina irazrabotka optimal'nykh sistem korrektsiiyego fraktsiy. Diss. kand. tekh. nauk [Mathematical models of the synthesis stage of ethanolamine and the development of optimal systems for the correction of its fractions. Cand. tech. sci. diss.]. Dzerzhinsk. 2014. 183 p.
3. Ryleyev G.I. Sposob polucheniya etanolaminov [The method of obtaining ethanolamines]. Patent RF, no. 2167147S1, 2001.
4. Etanolamin (Ethanolamine) Available at: https://ru.wikipedia.org (accessed 17 March 2023).
5. Postoyannyy tekhnologicheskiy reglament proizvodstva etanolaminov № 13-36-17 [Permanent technological regulations for the production of ethanolamines No. 13-36-17]. Kazan, Kazan'orgsintez publ., 2017. 402 p.
6. Razinov A.I., Klinov A.V., D'yakonov G.S. Protsessyiapparatykhimicheskoy tekhnologii [Processes and apparatuses of chemical technology]. Kazan, KNITU Publ., 2017. 860 p.
7. TU 2423-168-00203335-2007 Trietanolamin tekhnicheskiy marki A [TU 2423168-00203335-2007 Technical grade A triethanolamine].
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Гладкова Диана Маратовна, магистр кафедры газохимии, Российский госу- Gladkova Diana Maratovna, Master of the Department of Gaschemistry, Gubkin дарственный университет нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина. Russian State University of Oil and Gas (National Research University).
