ВВЕДЕНИЕ 4
1 Сырьевые компоненты для производства уксусной кислоты 6
1.1 Характеристика парниковых газов, их выбросы в атмосферу 6
1.2 Современные способы получения синтез - газа 7
1.2.1 Энергосберегающий способ получения синтез - газа путем
паровой конверсии углеводородов 7
1.2.2 Реактор для каталитической паровой и пароуглекислотной
конверсии углеводородов 12
1.2.3 Области применение синтез - газа 20
1.3 Получение метанола с использованием пароуглекислотной
конверсии метана 23
1.4 Способы получения уксусной кислоты 31
1.4.1 Карбонилирование метанола, как оптимальный способ получения
уксусной кислоты 35
1.4.1.1 Процесс фирмы «BASF» 36
1.4.1.2 Процесс фирмы «Monsanto» 38
1.4.1.3 Процесс фирмы «Cativa» 42
1.4.2 Производство и потребление уксусной кислоты 45
1.5 Выводы по разделу 1 49
2 Технологии получения уксусной кислоты 50
2.1 Пароуглекислотная конверсия как метод получения синтез - газа
заданного состава 50
2.2 Проектные расходные нормы сырья и энергоресурсов на 1 тонну
уксусной кислоты 59
2.3 Способ получения катализатора йодида родия 60
2.4 Аппаратурное оформление производства уксусной кислоты 62
2.4.1 Установка получения окиси углерода 63
2.4.2 Установка получения уксусной кислоты 64
2.4.3 Участок приготовления/регенерации катализатора и синтеза
промотора 70
2.4.4 Склад готовой продукции и факельное хозяйство 71
2.5 Материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной
кислоты 72
2.6 Выводы по разделу 2 83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
Актуальность темы обусловлена следующим: существующие в России производства уксусной кислоты были созданы несколько десятилетий назад и за прошедший период появились новые уникальные разработки, изменились требования к защите окружающей среды от антропогенного воздействия. В настоящее время большее внимание уделяют «зеленым технологиям», в рамках которых приоритет отдан ресурсосбережению и промышленной экологии.
Динамическое развитие полимерной промышленности привело к резкому росту спроса на уксусную кислоту, являющуюся базовым продуктов в производстве поливинилацетатных клеев и эмульсионных красок. По указанной причине темпы роста производства уксусной кислоты опережают многие другие многотоннажные продукты.
Проблема исследования: ежегодное увеличение спроса на уксусную кислоту, и отсутствие оптимальной технологической схемы каталитического способа получения уксусной кислоты, с учетом ресурсосбережения в области сырьевого обеспечения производства.
Объект исследования: производство уксусной кислоты мощностью 150 тысяч тонн в год.
Предметом исследования является стадия углекислотной конверсии природного газа в печи риформинга на установке получения уксусной кислоты в соответствии со следующей каталитической реакцией:
2СНд + СО2 + H2O ^ 3СО + 5Н2
Образующаяся газовая смесь подвергается компримированию (сжатию). Г азообразный водород направляется на агрегат аммиака, а жидкий оксид углерода в реактор синтеза уксусной кислоты на родиевом катализаторе.
Цель исследования: вовлечение в технологический процесс в качестве сырьевого компонента диоксида углерода ПАО «Тольяттиазот», являющегося парниковым газом и выбрасываемого ныне в атмосферу в объеме 8 миллионов тн/год.
Для достижения цели необходимо решение следующих задач:
1. Выбрать режима углекислотной конверсии природного газа с целью получения синтез - газа.
2. Провести сравнительный анализ методов карбонилирования метанола.
3. Подобрать катализатор для получения уксусной кислоты.
4. Рассчитать материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты.
Научная новизна исследования заключается в получении уксусной кислоты с использованием пароуглекислотной конверсией метана.
Практическая значимость работы исследования представлена практическими решениями, которые позволяют снизить выбросы парниковых газов в атмосферу, а так же наиболее эффективно использовать диоксид углерода для уменьшения затрат при производстве уксусной кислоты.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы:
- докладывались на II Всероссийской научно-практической конференции ИННОВАЦИИ и «ЗЕЛЕНЫЕ» ТЕХНОЛОГИИ в 2019 г.
- в областном конкурсе «Молодой ученый» в 2019 г.
Внедрение результатов исследования. Результаты исследований успешно опубликованы в журнале «Химическая техника».
Структура магистерской диссертации. Диссертация состоит из введения, двух разделов, заключения, списка использованных источников, который включает 60 наименований, из них 36 иностранных. Объем работы составляет 95 страницы машинописного текста. Содержит 23 рисунок, 21 таблицы.
В процессе работы над диссертацией решены следующие вопросы и получены результаты:
Предложена технологическая схема каталитического способа получения уксусной кислоты, с отражением ресурсосбережения в области сырьевого обеспечения производства, с использованием диоксида углерода, являющегося парниковым газом, в реакции получения синтез - газа.
Проведен теоретический анализ в области способов получения уксусной кислоты, изучены результаты исследований российских и международных ученых в этой области, определено, что метод карбонилирования метанола стал технологией выбора на мировом рынке.
Проведен сравнительный анализ методов карбонилирования метанола, выявлено, что предпочтение должно быть отдано родиевым катализаторам фирмы «Monsanto». Преимущество заключается в высокой селективности реакции, а также чистоте продукта.
В работе обоснована и предложена методика получения родиевого катализатора, внесены корректировки в его состав.
В работе рассчитан материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты, из него стало ясно, что по сравнению с другими технологиями, расходуется меньшее количество сырьевых продуктов.
Полученные результаты успешно апробированы в журнале «Химическая техника».
Результаты докладывались на II Всероссийской научно-практической конференции ИННОВАЦИИ и «ЗЕЛЕНЫЕ» ТЕХНОЛОГИИ в 2019 г.
Результаты исследований поданы в заявке на участие в областном конкурсе «Молодой ученый» в 2019 г.
