Разработка технологического процесса и технологического комплекса получения этилена и пропилена из метанола
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 6
1.1 Значение алкенов для отечественной и зарубежной промышленности 6
1.2 Область применения простейших алкенов 11
1.2.1 Полимеризация этилена и пропилена 11
1.2.2 Окисление алкенов 12
1.2.3 Галогенирование 13
1.2.4 Нитрование и другие реакции получения нитросоединений 14
1.3 Промышленные способы получения алкенов 15
1.3.1 Получение алкенов из нефти и природного газа 16
1.3.2. Получение алкенов из кислородосодержащих соединений 16
1.4 Основные тенденции развития технических решений, направленных на повышение эффективности промышленных способов получения алкенов 17
1.4.1 Технические решения, направленные на совершенствование нефтехимических способов получения алкенов 17
1.4.2 Технические решения, направленные на совершенствование способов получения алкенов из спиртов 24
1.4.3 Специально-адаптированные технологические схемы получения алкенов, приспособленные к имеющемуся действующему производству 29
1.5 Выбор и обоснование технологии производства 33
2 РАСЧЁТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 38
2.1 Характеристика сырья и готового продукта 38
2.2 Описание технологической схемы производства 39
2.3 Технико-технологические расчёты 46
2.4 Основное оборудование 57
2.4.1 Расчет конструкции реактора 61
2.4.2 Критические условия для системы «реактор-регенератор» 67
2.4.3 Перечень оборудования 70
2.5 Повышение износостойкости деталей технологического оборудования 74
2.5.1 Потенциальные методы повышения износостойкости элементов технологического оборудования 74
2.5.2 Технологические режимы напыления газопламенных покрытий 77
2.5.3 Подбор составов напыляемых порошков 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 87
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 6
1.1 Значение алкенов для отечественной и зарубежной промышленности 6
1.2 Область применения простейших алкенов 11
1.2.1 Полимеризация этилена и пропилена 11
1.2.2 Окисление алкенов 12
1.2.3 Галогенирование 13
1.2.4 Нитрование и другие реакции получения нитросоединений 14
1.3 Промышленные способы получения алкенов 15
1.3.1 Получение алкенов из нефти и природного газа 16
1.3.2. Получение алкенов из кислородосодержащих соединений 16
1.4 Основные тенденции развития технических решений, направленных на повышение эффективности промышленных способов получения алкенов 17
1.4.1 Технические решения, направленные на совершенствование нефтехимических способов получения алкенов 17
1.4.2 Технические решения, направленные на совершенствование способов получения алкенов из спиртов 24
1.4.3 Специально-адаптированные технологические схемы получения алкенов, приспособленные к имеющемуся действующему производству 29
1.5 Выбор и обоснование технологии производства 33
2 РАСЧЁТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 38
2.1 Характеристика сырья и готового продукта 38
2.2 Описание технологической схемы производства 39
2.3 Технико-технологические расчёты 46
2.4 Основное оборудование 57
2.4.1 Расчет конструкции реактора 61
2.4.2 Критические условия для системы «реактор-регенератор» 67
2.4.3 Перечень оборудования 70
2.5 Повышение износостойкости деталей технологического оборудования 74
2.5.1 Потенциальные методы повышения износостойкости элементов технологического оборудования 74
2.5.2 Технологические режимы напыления газопламенных покрытий 77
2.5.3 Подбор составов напыляемых порошков 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 87
Нефтехимическая промышленность является важной обеспечивающей отраслью национальной экономики, снабжающей большим количеством химических веществ различные области производства, включая промышленность, сельское хозяйство, телекоммуникацию, национальную оборону, и которая таким образом является одной из промышленных отраслей, имеющей ведущее место в национальной экономике. Низшие алкены являются одним из наиболее важных базовых исходных веществ, составляющих современную петрохимическую промышленность.
Большая часть международной нефтехимической промышленности связана с производством соединений, относящихся к легким алкенам, и их последующим использованием в производстве многочисленных важных химических продуктов. Такое производство и использование материалов, относящихся к легким алкенам, может включать в себя различные известные химические реакции, включающие в себя, например, реакции полимеризации, олигомеризации и алкилирования [1,2]. Легкие алкены, в основном, включают в себя этилен, пропилен и их смеси. Данные легкие алкены являются необходимыми стандартными блоками, используемыми в современной нефтехимической и химической промышленности. Основным источником легких алкенов в настоящее время является парофазный крекинг нефтяного сырья.
Однако, по мере сокращения запасов сырой нефти и увеличения цен на нее, возникает необходимость в нахождении альтернативных экономически выгодных способов получения указанного продукта.
Поиск альтернативного исходного сырья производства легких алкенов привел к использованию кислородсодержащих соединений, таких как спирты и, в частности, к использованию метанола, этанола и высших спиртов или их производных, или других кислородсодержащих соединений, например, диметилового эфира, диэтилового эфира и т.д. Молекулярные сита, такие, как микропористый кристаллический цеолит и нецеолитные катализаторы, особенно силикоалюмофосфаты (САФ, SAPO), как известно, промотируют превращение кислородсодержащих соединений в смеси углеводородов, в частности, в смеси углеводородов в основном из легких алкенов.
Гидрогенизационный процесс МТО (метанол-в-олефины) селективно превращает метанол в лёгкие алкены, в основном, в этилен и пропилен. Этот процесс может быть вторым этапом двухступенчатого процесса ГТО (газ-в-олефины, см. рисунок 1), при котором газ сначала превращают в этилен и пропилен.
Рисунок 1 - Процесс преобразования природного газа в олефины (алкены)
При таком подходе исходным сырьем является метан, содержащийся до 90% в природном газе. Мировые запасы природного газа оцениваются в 1,8-1014 кубических метров, что значительно превосходит запасы сырой нефти [1]. Также следует отметить, что переработка различных органических отходов методом анаэробного сбраживания с образованием биогаза (как правило содержащий до 50...80о% метана) становится в последние годы приоритетным направлением при создании различных агрокомплексов, заводов по утилизации муниципальных отходов, станций очистки вод и т.п.
Таким образом, разработка и освоение в промышленных масштабах технологий преобразования природного газа в алкены является актуальной задачей для человечества.
Большая часть международной нефтехимической промышленности связана с производством соединений, относящихся к легким алкенам, и их последующим использованием в производстве многочисленных важных химических продуктов. Такое производство и использование материалов, относящихся к легким алкенам, может включать в себя различные известные химические реакции, включающие в себя, например, реакции полимеризации, олигомеризации и алкилирования [1,2]. Легкие алкены, в основном, включают в себя этилен, пропилен и их смеси. Данные легкие алкены являются необходимыми стандартными блоками, используемыми в современной нефтехимической и химической промышленности. Основным источником легких алкенов в настоящее время является парофазный крекинг нефтяного сырья.
Однако, по мере сокращения запасов сырой нефти и увеличения цен на нее, возникает необходимость в нахождении альтернативных экономически выгодных способов получения указанного продукта.
Поиск альтернативного исходного сырья производства легких алкенов привел к использованию кислородсодержащих соединений, таких как спирты и, в частности, к использованию метанола, этанола и высших спиртов или их производных, или других кислородсодержащих соединений, например, диметилового эфира, диэтилового эфира и т.д. Молекулярные сита, такие, как микропористый кристаллический цеолит и нецеолитные катализаторы, особенно силикоалюмофосфаты (САФ, SAPO), как известно, промотируют превращение кислородсодержащих соединений в смеси углеводородов, в частности, в смеси углеводородов в основном из легких алкенов.
Гидрогенизационный процесс МТО (метанол-в-олефины) селективно превращает метанол в лёгкие алкены, в основном, в этилен и пропилен. Этот процесс может быть вторым этапом двухступенчатого процесса ГТО (газ-в-олефины, см. рисунок 1), при котором газ сначала превращают в этилен и пропилен.
Рисунок 1 - Процесс преобразования природного газа в олефины (алкены)
При таком подходе исходным сырьем является метан, содержащийся до 90% в природном газе. Мировые запасы природного газа оцениваются в 1,8-1014 кубических метров, что значительно превосходит запасы сырой нефти [1]. Также следует отметить, что переработка различных органических отходов методом анаэробного сбраживания с образованием биогаза (как правило содержащий до 50...80о% метана) становится в последние годы приоритетным направлением при создании различных агрокомплексов, заводов по утилизации муниципальных отходов, станций очистки вод и т.п.
Таким образом, разработка и освоение в промышленных масштабах технологий преобразования природного газа в алкены является актуальной задачей для человечества.
Предлагаемая технология получения этилена и пропилена из метанола представляет в настоящее время большой интерес, так как потребность в этилене и пропилене в мире продолжает возрастать. Легкие алкены обычно производят в промышленности с помощью парового или каталитического крекинга углеводородов, полученных из сырой нефти. Однако по мере сокращения запасов сырой нефти и увеличения цен на нее растет необходимость в альтернативных экономически выгодных способах получения указанного продукта. В связи с этим идет постоянный поиск более эффективных путей производства таких алкенов, как этилен и пропилен. Метанол производится в разных странах мира в больших количествах и пригоден для использования в качестве исходного материала для синтеза алкенов. В свою очередь метан, составляющий основную часть природного газа, имеется в больших объемах для использования в качестве сырья при производстве метанола.
Проект является экономически выгодным. Окупаемость его составит не более 5 лет. Также проект является экологически чистым, так как единственными отходами производства низших алкенов по данной технологии являются вода и углекислый газ.
Применение реактора с «кипящим» слоем в данном процессе имеет ряд преимуществ:
• повышение активности катализатора в результате уменьшения размеров частиц (размер пор катализатора ограничивает размер молекул, которые получаются в процессе, преимущественно этилен и пропилен)
• в «кипящем» слое реакция протекает в изотермических условиях благодаря мгновенному выравниванию температуры
• псевдоожиженный слой позволяет катализатору двигаться вместе с сырьём, за счёт этого реакция ускоряется.
Отдельно проведен анализ технологий упрочнения конструкционных материалов и выбран оптимальный метод, приведены технологические режимы напыления газопламенных покрытий на поверхности деталей, входящих в состав реактора, подвергаемые повышенному абразивному износу, установлены оптимальные составы напыляемых композиций.
Подобрано оптимальное металлокерамическое покрытие состава Н85Ю15 + (Al2O3Co + Н85Ю15/Н70Х17С4Р4 50/50)x2, которое имеет хорошую адгезионную прочность и минимальное количество дефектов микроструктуры. Однако, окончательное заключение о качестве покрытий можно будет сделать только после проведения более детальных исследований, в частности, натурных испытаний.
Таким образом, предлагаемая технология получения этилена и пропилена из метанола комплексно проработана и может найти промышленное применение.
Проект является экономически выгодным. Окупаемость его составит не более 5 лет. Также проект является экологически чистым, так как единственными отходами производства низших алкенов по данной технологии являются вода и углекислый газ.
Применение реактора с «кипящим» слоем в данном процессе имеет ряд преимуществ:
• повышение активности катализатора в результате уменьшения размеров частиц (размер пор катализатора ограничивает размер молекул, которые получаются в процессе, преимущественно этилен и пропилен)
• в «кипящем» слое реакция протекает в изотермических условиях благодаря мгновенному выравниванию температуры
• псевдоожиженный слой позволяет катализатору двигаться вместе с сырьём, за счёт этого реакция ускоряется.
Отдельно проведен анализ технологий упрочнения конструкционных материалов и выбран оптимальный метод, приведены технологические режимы напыления газопламенных покрытий на поверхности деталей, входящих в состав реактора, подвергаемые повышенному абразивному износу, установлены оптимальные составы напыляемых композиций.
Подобрано оптимальное металлокерамическое покрытие состава Н85Ю15 + (Al2O3Co + Н85Ю15/Н70Х17С4Р4 50/50)x2, которое имеет хорошую адгезионную прочность и минимальное количество дефектов микроструктуры. Однако, окончательное заключение о качестве покрытий можно будет сделать только после проведения более детальных исследований, в частности, натурных испытаний.
Таким образом, предлагаемая технология получения этилена и пропилена из метанола комплексно проработана и может найти промышленное применение.
Подобные работы
- Разработка технологии сварки труб диаметром 108 мм с толщиной стенки 14 мм из стали 45Х25Н35СБ, используемых для изготовления змеевиков в печах пиролиза
Дипломные работы, ВКР, технология строительных процессов. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016