Помощь студентам в учебе
Разработка способа переработки высокомолекулярных кубовых остатков производства полиизопрена
|
Введение 5
1 Литературный обзор 9
1.1 Классификация процессов разделения 9
1.2 Химические методы разделения и очистки 10
1.3 Методы определения и выделения непредельных соединений 13
1.3.1 Действие серной кислоты 13
1.3.2 Галогенирование 16
1.3.3 Методы йодных и бромных чисел 17
1.4 Олигомеризация непредельных соединений 18
1.4.1 Механизм процесса 21
1.4.2 Катализаторы олигомеризации 23
1.4.2.1 Минеральные кислоты 24
1.4.2.2 Цеолиты 24
1.4.2.3 Ионообменные смолы 26
1.5 Патентный поиск 29
1.6 Выводы по разделу 30
2 Экспериментальная часть 31
2.1 Методическое описание 31
2.1.1 Методика приготовления катализатора уголь, пропитанный
H2SO4 31
2.1.2 Методика определения температуры вспышки в открытом
тигле 31
2.1.3 Методика проведения эксперимента 32
2.1.4 Методика определения йодного числа 33
2.1.5 Методика определения функциональных чисел 34
2.1.5.1 Определение кислотного числа 34
2.1.5.2 Определение гидроксильного числа 34
2.1.5.3 Определение эфирного числа 35
2.2 Результаты проведенных исследований 36
2.2.1 Выбор исследуемого образца 36
2.2.2 Кислотная обработка 38
2.2.3 Выделение непредельных соединений методом олигомеризации 38
2.2.4 Полученные результаты 38
2.2.5 Анализ полученных продуктов 49
2.2.5.1. ИК-спектрометрия 49
2.2.5.1. Определение эфирного числа 51
2.3 Выводы по разделу 51
3 Технологическая часть 53
3.1 Описание технологической схемы 53
3.1.1 Олигомеризация непредельных соединений с последующим
выделением растворителя 53
3.1.2 Вспомогательный конденсатный контур 56
3.2 Перечень сигнализаций и блокировок 57
3.3 Возможные неполадки при работе и способы их устранения 60
3.4 Возможные инциденты и аварийные ситуации, способы их
ликвидации 62
3.5 Выводы по разделу 65
4 Финансовый менеджмент 66
4.1 Предпроектный анализ 66
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 66
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 66
4.1.3 SWOT - анализ 69
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 70
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 72
4.2 Инициация проекта 73
4.3 Планирование и управление научно-техническим проектом 75
4.3.1 Структура работ проекта 75
4.4 Выводы по разделу 75
Заключение 77
Список используемой литературы 79
Приложение А 85
1 Литературный обзор 9
1.1 Классификация процессов разделения 9
1.2 Химические методы разделения и очистки 10
1.3 Методы определения и выделения непредельных соединений 13
1.3.1 Действие серной кислоты 13
1.3.2 Галогенирование 16
1.3.3 Методы йодных и бромных чисел 17
1.4 Олигомеризация непредельных соединений 18
1.4.1 Механизм процесса 21
1.4.2 Катализаторы олигомеризации 23
1.4.2.1 Минеральные кислоты 24
1.4.2.2 Цеолиты 24
1.4.2.3 Ионообменные смолы 26
1.5 Патентный поиск 29
1.6 Выводы по разделу 30
2 Экспериментальная часть 31
2.1 Методическое описание 31
2.1.1 Методика приготовления катализатора уголь, пропитанный
H2SO4 31
2.1.2 Методика определения температуры вспышки в открытом
тигле 31
2.1.3 Методика проведения эксперимента 32
2.1.4 Методика определения йодного числа 33
2.1.5 Методика определения функциональных чисел 34
2.1.5.1 Определение кислотного числа 34
2.1.5.2 Определение гидроксильного числа 34
2.1.5.3 Определение эфирного числа 35
2.2 Результаты проведенных исследований 36
2.2.1 Выбор исследуемого образца 36
2.2.2 Кислотная обработка 38
2.2.3 Выделение непредельных соединений методом олигомеризации 38
2.2.4 Полученные результаты 38
2.2.5 Анализ полученных продуктов 49
2.2.5.1. ИК-спектрометрия 49
2.2.5.1. Определение эфирного числа 51
2.3 Выводы по разделу 51
3 Технологическая часть 53
3.1 Описание технологической схемы 53
3.1.1 Олигомеризация непредельных соединений с последующим
выделением растворителя 53
3.1.2 Вспомогательный конденсатный контур 56
3.2 Перечень сигнализаций и блокировок 57
3.3 Возможные неполадки при работе и способы их устранения 60
3.4 Возможные инциденты и аварийные ситуации, способы их
ликвидации 62
3.5 Выводы по разделу 65
4 Финансовый менеджмент 66
4.1 Предпроектный анализ 66
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 66
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 66
4.1.3 SWOT - анализ 69
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 70
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 72
4.2 Инициация проекта 73
4.3 Планирование и управление научно-техническим проектом 75
4.3.1 Структура работ проекта 75
4.4 Выводы по разделу 75
Заключение 77
Список используемой литературы 79
Приложение А 85
В центре стратегии любого крупнотоннажного предприятия существует решение о наращивании производственных мощностей. Данный вопрос является одним из наиболее значительных стратегических решений большинства организаций. Данное явление сопровождается не только увеличением производства конечной продукции, но и увеличением образования отходов производства. Ежегодно на предприятиях нефтегазохимического кластера образуется несколько миллионов тонн отходов, которые зачастую не подвергаются дальнейшей переработке.
На предприятии производства синтетического каучука ООО «Тольяттикаучук» каждый год образовывается свыше 8000 тонн тяжелых кубовых остатков. Кубовые фракции, содержащие большое количество высококипящих побочных продуктов, без возможности переработки чаще всего используются в качестве абсорбентов и по низкой стоимости продаются в качестве печных топлив.
Актуальность и научная значимость настоящего исследования заключается в разработке научных основ и создании технологии, позволяющей выделить из смеси абсорбентов и кубовых остатков ценные фракции углеводородов, которые могут быть возвращены в производственный цикл предприятия. Также данная технология поможет снизить количество жидких отходов, используемых в качестве печных топлив или продаваемых по низкой стоимости.
Проблема исследования заключается в содержании большого количества ценных фракций углеводородов в кубовых остатках и абсорбентах, которые не могут быть выделены должным образом и попадают в общую смесь абсорбентов и кубовых остатков предприятия.
Объектом исследования являются кубовые остатки и абсорбенты производств изопрена, высокооктановой метанольной добавки, полиизопренового и бутилового каучуков, а также общие сливы абсорбентов производств.
Предмет исследования: технология и катализаторы выделения ценных фракций углеводородов из кубовых остатков и абсорбентов, которые могут быть возвращены в производственный цикл предприятия.
Цель исследования: разработка эффективного метода очистки и выделения фракций углеводородов из кубовых остатков и абсорбентов предприятия.
Гипотеза исследования состоит в том, что содержащиеся в кубовом остатке непредельные углеводороды препятствуют количественному выделению ароматических углеводородов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить физические характеристики исследуемого образца;
2. Рассмотреть способы выделения высокомолекулярных соединений из возвратных потов процесса полимеризации.
3. Установить оптимальные условия и провести олигомеризацию непредельных соединений с помощью ионообменных смол;
4. Разработать технологическую схему олигомеризации непредельных и выделения ароматических углеводородов из продуктов олигомеризации.
Методы исследования. При выполнении магистерской диссертации использовались следующие физико-химические методы исследования:
- метод йодометрии;
- атмосферная и вакуумная перегонка;
- каталитическая олигомеризация;
- хроматографический и ИК-спектральный анализ продуктов процесса олигомеризации;
- микроскопический анализ катализаторов.
Научная новизна исследования заключается в разработке способа очистки компонентов кубовых остатков и абсорбентов в присутствии катионитных катализаторов и оригинальной технологической схемы выделении углеводородов из продуктов реакции.
Практическая значимость исследования заключается в разработке способа олигомеризации непредельных соединений на катионитных катализаторах, что позволит выделить ароматические углеводороды из кубового остатка ректификации возвратного растворителя, которые в последующем могут быть возвращены в производственный цикл предприятия.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в проведении работ по поиску и анализу литературных данных по теме исследования. Представленные в работе данные получены непосредственно автором диссертации или совместно с соавтором опубликованных работ. Автор принимал непосредственное участие в разработке и проведении лабораторных экспериментов, анализировал полученные результаты, разрабатывал технологическую схему и подводил итоги проделанной работы.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Результаты работы оформлены в виде научных статей и тезисов:
- Цветкова И.В., Байбакова К.Ф., Итахунов Р.Н. Модификация высокомолекулярных остатков методом прямой жидкофазной гидрогенизации с целью получения вторичных нефтепродуктов // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов (ЭЭПП-2019): V Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов (Тольятти, 12-13 ноября 2019 года) : сборник трудов / Тольятти: Изд-во ТГУ, 2019. С. 369-372.
- Цветкова И.В., Байбакова К.Ф., Итахунов Р.Н. Жидкофазная гидрогенизация высокомолекулярных нефтяных остатков // Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: Материалы XXXII Международной научно-технической
конференции «Реактив-2019». - Уфа: Изд-во «Информреклама», 2019. С. 87-88.
- Цветкова И.В., Итахунов Р.Н. Исследование состава кубового продукта двухстадийной ректификации стабилизированного олигомеризата // «Студенческие Дни науки в ТГУ» : научно-практическая конференция (Тольятти, 13 апреля - 29 мая 2020 года): сборник студенческих работ / отв. за вып. С.Х. Петерайтис. - Тольятти : Изд-во ТГУ, 2021. С. 260-262.
- Итахунов Р.Н., Цветкова И.В. Способ квалифицированной очистки кубовых остатков производства полиизопрена // Высшая школа: научные исследования. Материалы Межвузовский международный конгресс (г. Москва, 4 марта 2021 г.). - Москва: Издательство Инфинити, 2021. - 200 с. DOI 10.34660/INF.2021.88.76.019
На защиту выносятся:
1. Методика олигомеризации на катионитных катализаторах.
2. Технологическая схема установки олигомеризации непредельных углеводородов и выделения ароматических углеводородов из продуктов олигомеризации.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, содержит 36 рисунков, 17 таблиц, список использованной литературы (41 источник), 1 приложения. Основной текст работы изложен на 84 страницах.
На предприятии производства синтетического каучука ООО «Тольяттикаучук» каждый год образовывается свыше 8000 тонн тяжелых кубовых остатков. Кубовые фракции, содержащие большое количество высококипящих побочных продуктов, без возможности переработки чаще всего используются в качестве абсорбентов и по низкой стоимости продаются в качестве печных топлив.
Актуальность и научная значимость настоящего исследования заключается в разработке научных основ и создании технологии, позволяющей выделить из смеси абсорбентов и кубовых остатков ценные фракции углеводородов, которые могут быть возвращены в производственный цикл предприятия. Также данная технология поможет снизить количество жидких отходов, используемых в качестве печных топлив или продаваемых по низкой стоимости.
Проблема исследования заключается в содержании большого количества ценных фракций углеводородов в кубовых остатках и абсорбентах, которые не могут быть выделены должным образом и попадают в общую смесь абсорбентов и кубовых остатков предприятия.
Объектом исследования являются кубовые остатки и абсорбенты производств изопрена, высокооктановой метанольной добавки, полиизопренового и бутилового каучуков, а также общие сливы абсорбентов производств.
Предмет исследования: технология и катализаторы выделения ценных фракций углеводородов из кубовых остатков и абсорбентов, которые могут быть возвращены в производственный цикл предприятия.
Цель исследования: разработка эффективного метода очистки и выделения фракций углеводородов из кубовых остатков и абсорбентов предприятия.
Гипотеза исследования состоит в том, что содержащиеся в кубовом остатке непредельные углеводороды препятствуют количественному выделению ароматических углеводородов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить физические характеристики исследуемого образца;
2. Рассмотреть способы выделения высокомолекулярных соединений из возвратных потов процесса полимеризации.
3. Установить оптимальные условия и провести олигомеризацию непредельных соединений с помощью ионообменных смол;
4. Разработать технологическую схему олигомеризации непредельных и выделения ароматических углеводородов из продуктов олигомеризации.
Методы исследования. При выполнении магистерской диссертации использовались следующие физико-химические методы исследования:
- метод йодометрии;
- атмосферная и вакуумная перегонка;
- каталитическая олигомеризация;
- хроматографический и ИК-спектральный анализ продуктов процесса олигомеризации;
- микроскопический анализ катализаторов.
Научная новизна исследования заключается в разработке способа очистки компонентов кубовых остатков и абсорбентов в присутствии катионитных катализаторов и оригинальной технологической схемы выделении углеводородов из продуктов реакции.
Практическая значимость исследования заключается в разработке способа олигомеризации непредельных соединений на катионитных катализаторах, что позволит выделить ароматические углеводороды из кубового остатка ректификации возвратного растворителя, которые в последующем могут быть возвращены в производственный цикл предприятия.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в проведении работ по поиску и анализу литературных данных по теме исследования. Представленные в работе данные получены непосредственно автором диссертации или совместно с соавтором опубликованных работ. Автор принимал непосредственное участие в разработке и проведении лабораторных экспериментов, анализировал полученные результаты, разрабатывал технологическую схему и подводил итоги проделанной работы.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Результаты работы оформлены в виде научных статей и тезисов:
- Цветкова И.В., Байбакова К.Ф., Итахунов Р.Н. Модификация высокомолекулярных остатков методом прямой жидкофазной гидрогенизации с целью получения вторичных нефтепродуктов // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов (ЭЭПП-2019): V Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов (Тольятти, 12-13 ноября 2019 года) : сборник трудов / Тольятти: Изд-во ТГУ, 2019. С. 369-372.
- Цветкова И.В., Байбакова К.Ф., Итахунов Р.Н. Жидкофазная гидрогенизация высокомолекулярных нефтяных остатков // Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: Материалы XXXII Международной научно-технической
конференции «Реактив-2019». - Уфа: Изд-во «Информреклама», 2019. С. 87-88.
- Цветкова И.В., Итахунов Р.Н. Исследование состава кубового продукта двухстадийной ректификации стабилизированного олигомеризата // «Студенческие Дни науки в ТГУ» : научно-практическая конференция (Тольятти, 13 апреля - 29 мая 2020 года): сборник студенческих работ / отв. за вып. С.Х. Петерайтис. - Тольятти : Изд-во ТГУ, 2021. С. 260-262.
- Итахунов Р.Н., Цветкова И.В. Способ квалифицированной очистки кубовых остатков производства полиизопрена // Высшая школа: научные исследования. Материалы Межвузовский международный конгресс (г. Москва, 4 марта 2021 г.). - Москва: Издательство Инфинити, 2021. - 200 с. DOI 10.34660/INF.2021.88.76.019
На защиту выносятся:
1. Методика олигомеризации на катионитных катализаторах.
2. Технологическая схема установки олигомеризации непредельных углеводородов и выделения ароматических углеводородов из продуктов олигомеризации.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, содержит 36 рисунков, 17 таблиц, список использованной литературы (41 источник), 1 приложения. Основной текст работы изложен на 84 страницах.
В представленной работе рассмотрена актуальная проблема очистки и выделения возвратных растворителей для промышленного производства. Проведен литературный и патентный поиск по теме исследования. Изучены данные о способах очистки и разделения отдельных фракций углеводородов. Рассмотрена теория олигомеризации, как способа очистки от непредельных углеводородов, описан механизм процесса. Предложены и испытаны разные типы катализаторов для процесса олигомеризации.
Рассмотрен состав многокомпонентных органических абсорбентов и тяжелых остатков производства полиизопрена предприятия ООО «Тольяттикаучук». Выбраны методы очистки и выделения отдельных углеводородных фракций из многокомпонентной органической смеси. В качестве метода выделения непредельных соединений предложена олигомеризация в присутствии катионитных катализаторов и фосфорной кислоты.
Проведены различные серии экспериментов по подбору катализатора, определению его оптимальной загрузки, определению температуры протекания процесса. Исследованы различные ионообменные смолы (КУ-2- 23-ФПП, КУ-2-8-ФПП, Амберлист, Tulsion, уголь пропитанный 10 %-ным раствором H2SO4) на наличие каталитических свойств в процессе олигомеризации непредельных соединений, содержащихся в кубовом остатке ректификации возвратного растворителя.
Показано что наибольшую активность и селективность проявляют ионообменные смолы КУ-2-23-ФПП и Tulsion. Отмечено, что катализатор КУ-2-23-ФПП помимо каталитических свойств проявляет дополнительно адсорбционные.
Показано, что наибольшее снижение содержания непредельных соединений происходит при добавлении раствора фосфорной кислоты, играющей роль сокатализатора процесса. Экспериментальным путем подобраны оптимальные условия процесса:
- Загрузка образца - 40 г;
- Загрузка катализатора - 5 % от массы загрузки образца;
- Температура 60-80 °С;
- Длительность процесса - от 120 мин;
- При постоянном перемешивании;
- В присутствии 70 %-го раствора H3PO4 в количестве до 5 %;
Разработана технологическая схема процесса, включающая в себя узел олигомеризации, с последующим выделением ароматических фракций и рафината. Последний может использоваться в качестве добавки к топливу. Разработан перечень сигнализаций и блокировок, необходимый для безопасной и безаварийной работы установки, определены возможные неполадки при работе и способы их устранения, а также возможные инциденты и аварийные ситуации и способы их ликвидации.
Проведена оценка готовности проекта к коммерциализации.
Рассмотрен состав многокомпонентных органических абсорбентов и тяжелых остатков производства полиизопрена предприятия ООО «Тольяттикаучук». Выбраны методы очистки и выделения отдельных углеводородных фракций из многокомпонентной органической смеси. В качестве метода выделения непредельных соединений предложена олигомеризация в присутствии катионитных катализаторов и фосфорной кислоты.
Проведены различные серии экспериментов по подбору катализатора, определению его оптимальной загрузки, определению температуры протекания процесса. Исследованы различные ионообменные смолы (КУ-2- 23-ФПП, КУ-2-8-ФПП, Амберлист, Tulsion, уголь пропитанный 10 %-ным раствором H2SO4) на наличие каталитических свойств в процессе олигомеризации непредельных соединений, содержащихся в кубовом остатке ректификации возвратного растворителя.
Показано что наибольшую активность и селективность проявляют ионообменные смолы КУ-2-23-ФПП и Tulsion. Отмечено, что катализатор КУ-2-23-ФПП помимо каталитических свойств проявляет дополнительно адсорбционные.
Показано, что наибольшее снижение содержания непредельных соединений происходит при добавлении раствора фосфорной кислоты, играющей роль сокатализатора процесса. Экспериментальным путем подобраны оптимальные условия процесса:
- Загрузка образца - 40 г;
- Загрузка катализатора - 5 % от массы загрузки образца;
- Температура 60-80 °С;
- Длительность процесса - от 120 мин;
- При постоянном перемешивании;
- В присутствии 70 %-го раствора H3PO4 в количестве до 5 %;
Разработана технологическая схема процесса, включающая в себя узел олигомеризации, с последующим выделением ароматических фракций и рафината. Последний может использоваться в качестве добавки к топливу. Разработан перечень сигнализаций и блокировок, необходимый для безопасной и безаварийной работы установки, определены возможные неполадки при работе и способы их устранения, а также возможные инциденты и аварийные ситуации и способы их ликвидации.
Проведена оценка готовности проекта к коммерциализации.