Введение 5
1 Анализ существующего производства выделения изобутан-изобутиленовой
фракции 10
1.1 Дегидрирование изобутана 10
1.2 Описание технологического процесса выделения изобутан-изобутиленовой фракции 13
1.3 Описание существующей технологии получения холода 17
1.4 Характеристика производимой продукции 18
1.5 Недостатки существующего производства 19
1.6 Расчет материального баланса существующего производства изобутан-изобутиленовой фракции 20
2 Анализ побочных продуктов, образовавшихся в процессе выделения
изобутан-изобутиленовой фракции 22
2.1 Определение углеводородного состава несконденсированной
углеводородной фракции методом газовой хромотографии 22
2.2 Массовые доли компонентов, определяемых в несконденсированной
углеводородной фракции 31
2.3 Сравнительный анализ массовой доли компонентов
несконденсированной углеводородной фракции с основными сжиженными углеводородными смесями 32
3 Предлагаемое техническое решение для снижения потерь при производстве изобутан-изобутиленовой фракции 35
3.1 Применение и физико-химические свойства пропан-бутановой смеси 35
3.2 Материальный баланс получения СПБТ 37
3.2.1 Исходные данные 37
3.2.2 Расчет материального баланса 37
3.2.3 Материальный баланс на 1 тонну изобутилена, после внедрения
предложенного технического решения 43
3.3 Эффект от реализации технологического решения 44
Заключение 47
Список используемой литературы 49
Приложение А Материальный баланс существующего производства 52
Приложение Б Материальный баланс после внедрения предложенного технического решения 53
В настоящее время в России одной из наиболее актуальных задач для предприятий является применение наилучших доступных технологий для переработки, утилизации и обезвреживания отходов. Нефтехимические заводы должны разделять смеси углеводородов в больших масштабах для производства топлива и химикатов [21].
В результате наращивания мощностей нефтехимических предприятий на производствах изобутан-изобутиленовой фракции методом дегидрирования изобутана, существующие холодильные установки не справляются с охлаждением углеводородной фракции поступающей с блоков дегидрирования, большое количество тяжелых углеводородов создает дополнительную нагрузку на компрессорные установки и не успевает сконденсироваться. В результате ценные продукты попадают в топливную сеть предприятий и поступают на сжигание в виде топливного газа.
Сжиженный газ тяжелее воздуха в газообразной форме и легче воды в жидком виде. Принимая во внимание его воздействие на здоровье человека, сжиженный нефтяной газ не токсичен, однако он не пригоден для дыхания и обладает незначительной токсичностью [24].
Изобутан-изобутиленовая фракция - это продукт, который является посредником при производстве изобутилена. Изобутилен является важным промежуточным продуктом для синтетического каучука, пластмассы и различных химических и нефтехимических продуктов, таких как метил-трет- бутиловый эфир, алкилатный бензин и бутилкаучук [20].
Изобутилен применяется как промежуточный продукт при производстве МТБЭ, бутилкаучука, изопренового каучука, полиизобутилена, изопрена, триизобутилалюминия, а также применяется в процессах алкилирования углеводородов [2].
В России получение изобутилена методом дегидрирования изобутан-изобутиленовой фракции осуществляется на двух предприятиях ООО «Тольяттикаучук» проектная мощность 100 тыс. тонн в год, на 2020 год достигнута производительность в 140 тыс. тонн в год и ООО «СИБУР Тобольск» проектная мощность 120 тыс. тонн.
Учитывая постоянное увеличение производственных мощностей конечных продуктов, таких как синтетические каучуки и МТБЭ в ближайшее время будет продолжаться модернизация производств изобутан-изобутиленовой фракции методом дегидрирования изобутана. Нагрузка на холодильные установки в таком случае продолжит увеличиваться, а их модернизация не всегда является экономически целесообразной для предприятия. Закупка дополнительного теплообменного и компрессорного оборудования требует серьезных капитальных затрат, а также операционных постоянных затрат на их содержание. Следовательно, в случае увеличения производственных мощностей производств изобутан-изобутиленовой фракции методом дегидрирования изобутана, количество тяжелых углеводородов, поступающих в топливную сеть увеличится в разы, что приведет к повышенной антропогенной нагрузке на окружающую среду за счет выбросов в атмосферу большего количества несгоревших углеводородов и углекислого газа. Предприятия производящие изобутилен-изобутиленовую фракцию методом дегидрирования изобутана помимо потерь ценного продукта, будут нести дополнительные энергопотери, в следствии увеличения нагрузок на компрессорное оборудование.
Актуальность темы исследования составляют следующие параметры:
1. Динамикой роста образования отдувок производства изобутан-изобутиленовой фракции на предприятии ООО «Тольяттикаучук», в следствии увеличения нагрузок на реакторные блоки дегидрирования изобутана, существующие холодильные установки не справляются с охлаждением контактного газа, поступающего с реакторных блоков. В результате тяжелые углеводороды не успевают сконденсироваться и попадают в топливную сеть предприятия вместе с отдувками производства. По данным АСУТП с производства изобутан-изобутиленовой ООО «Тольяттикаучук» на 2019 год в топливную сеть предприятия попало более 14 тыс. тонн отдувок. Сжигание отдувок в качестве топлива, оказывает дополнительную антропогенную нагрузку на окружающую среду за счет увеличения количества выбросов с оборудования потребляющего топливный газ, за счет большого количества тяжелых углеводородов в топливном газе так же увеличивается концентрация углеводородов в выбросах в виде несгоревших углеводородов.
2. Необходимостью повышения энергоэффективности предприятия и снижения уровня воздействия на окружающую среду. На предприятии ООО «Тольяттикаучук» внедрена интегрированная система менеджмента, включающая в себя стандарты ISO 9001 - система менеджмента качества, OHSAS 18001/ ISO 45001 - Системы менеджмента охраны здоровья и безопасности труда, ISO 14001 - система экологического менеджмента, ISO 50001 - Система энергетического менеджмента. Сертифицируясь по стандартам ISO 14001 и ISO 50001, предприятие в том числе берет на себя обязательства по систематическому снижению количества выбросов и энергоресурсов на единицу производимой продукции, которые на ООО «Тольяттикаучук» учитываются в таких показателях к индексу воздействия на окружающую среду и индекс энергоемкости. В случае использования части отдувок производства, увеличивается выпуск готовой продукции что влияет на каждый из описанных индексов, и снижается количество выбросов за счет снижения количества отдувок содержащих тяжелые углеводороды.
3. Получением дополнительной прибыли за счет переработки части отдувок производства изобутан-изобутиленовой фракции в товарную продукцию в виде СПБТ.
4. Снижением количества подаваемого абсорбента и повышение энергоэффективности за счет снижения нагрузок на компрессоры. Параллельная схема работы теплообменников Т-414/1-3, недостаточное количество холода оборотной воды повышает нагрузку на блок абсорбции- десорбции установки БК-3. Из-за высокого содержания фракции С4 во входящем газе абсорбера Кт-418 увеличивается проскок фракции С4 в неабсорбированным газом с 2,6 % масс. до 5,1 % масс., при максимальном расходе абсорбента. Высокая насыщенность абсорбента по кубу Кт-418 не позволяет, сконденсировать в теплообменниках Т-422 и Т-422а большую часть углеводородов и весь газ, подается во всасывающий трубопровод компрессора 414/1-3, который перегружен из-за высокой температуры контактного газа.
5. Необходимостью снижения потерь предприятия за счет снижения количества регламентных чисток, отказов оборудования и простоев использующего отдувки производства в качестве топливного газа. Отдувки содержат большое количество тяжелых углеводородов, которые негативно влияют на работу контрольно-измерительных приборов, системы противоаварийной защиты, приборы, влияющие на автоматическую систему управления производственным процессом, а также приводят к частому выходу из строя топливных горелок, используемых в технологических и энергетических печах, и пароперегревающих котлах производств ООО «Тольяттикаучук».
6. Снижением количества потерь целевого продукта экономически обоснованным способом. В следствии постоянного увеличения нагрузок на реакторные блоки дегидрирования изобутана, существующие холодильные установки не справляются с достаточным охлаждением контактного газа.
В результате происходят потери целевого продукта в виде несконденсированных тяжелых углеводородов, попадающих в топливную сеть предприятия вместе с отдувками производства. В связи с чем количество отдувок производства содержащих тяжелые углеводороды систематически увеличивается.
7. Потребностью использования наилучших доступных технологий, способствующих снижению количества и переработки отходов. В настоящее время Правительство Российской Федерации определило приоритетное
направление стратегического развития России: необходимость использования наилучших доступных технологий, способствующих снижению накопления отходов, являющимся с 2018 года обязательным для всех предприятий.
Проблемой данного исследования является ежегодное повышение антропогенной нагрузки на окружающую среду по причине роста появления отдувок производства с большим содержанием тяжелых углеводородов, и их использованием в качестве топливного газа в технологических процессах предприятия.
Цель дипломной работы - снижение потерь при производстве изобутан-изобутиленовой фракции на примере ООО «Тольяттикаучук».
Задачи исследования:
1. провести анализ работы существующего производства изобутан-изобутиленовой фракции на предприятии ООО «Тольяттикаучук».
2. провести анализ побочных продуктов, образовавшихся в процессе выделения изобутан-изобутиленовой фракции;
3. разработать экономически обоснованное технологическое решение для снижения потерь при производстве изобутан-изобутиленовой фракции.
Объект исследования: ООО «Тольяттикаучук».
Предмет исследования: производство изобутан-изобутиленовой фракции.
В бакалаврской работе применяются такие методы исследования как:
1) аналитический (анализ литературы по теме исследования, патентный поиск);
2) наблюдение и обобщение эмпирического материала (изучение методов конденсации, компримирования и использования отдувок производств, мониторинг и статистические исследования количества и качества их образования).
Бакалаврская работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы.
Анализ существующего производства изобутан-изобутиленовой фракции ООО «Тольяттикаучук» показал, что при производстве образуется большое количество отдувок поступающих в топливную сеть предприятия, и используемых в качестве топливного газа.
Проведя анализ существующего производства выделения изобутан-изобутиленовой фракции, сделаны следующие выводы.
Из-за высокой температуры оборотной воды в летний период происходит недостаточная конденсация фракции С3, С4 в т/о Т-435, что приводит к потерям целевых продуктов в топливную сеть.
Снижение количества потерь можно достичь с помощью увеличения частоты вращения вала двигателя, что экономически не оптимально, или снижением нагрузки на реакторные блоки дегидрирования пропана, тем самым уменьшить температуру и повысить плотность газа на входе в компрессор.
Наличие большого количества тяжелых углеводородов в топливной сети неблагоприятно сказывается на работе топливных горелок, и приборов КИП.
Далее был произведен расчет материального баланса существующего производства изобутан-изобутиленовой фракции.
По результатам серии качественных и количественных лабораторных исследований, в отдувках производства изобутан-изобутиленовой фракции были определены компоненты, входящие в состав отдувок и их количество.
Из массовой доли компонентов видно, что в составе газовой смеси преобладает пропан и бутан, что говорит о том, что данную топливную смесь можно применять в качестве сжиженного топлива.
В рамках лабораторных исследований был проведен сравнительный анализ количества компонентов, входящих в состав отдувок, с распространенными сырьевыми ресурсами используемых на производствах ООО «Тольяттикаучук», а также с товарными продуктами для получения которых не требуется внедрение дополнительного технологического процесса.
Из сравнительного анализа видно, что массовая доля компонентов несконденсированной углеводородной фракции наиболее схожа по составу со смесью пропан-бутановой.
В целях уменьшение потерь при производстве изобутан-изобутиленовой фракции и сжигания целевых продуктов в качестве топлива, а также получения дополнительной прибыли, предлагается не сконденсировавшиеся легколетучие углеводороды и инертные газы из теплообменника Т-432 перенаправить в пропановый конденсатор Т-435, из которого конденсат фракции С3, С4 будет стекать в емкость Е-465 через сепаратор О-445/3. Из емкости Е-465 фракция С3, С4 откачивается в отделение Д-12 ТСЦ для дальнейшей переработки или реализации как готовой продукции.
Далее был рассчитан материальный баланс на 1 тонну изобутилена после внедрения предложенного технического решения и экономический эффект от реализации предложенных мероприятий.
В результате внедрения предложенного технического решения на производстве изобутан-изобутиленовой фракции предприятия ООО «Тольяттикаучук» возможно выделять СПБТ в количестве не менее 6,652 тыс. т/год (44,6% от массы отдувок). При реализации СПБТ как готовой продукции предприятие может получить дополнительную прибыль в размере 160 817 708,27 руб. в первый год эксплуатации, без учета снижения количества чисток оборудования использующего топливный газ с большим количеством тяжелых углеводородов, а так же снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду в виде выбросов несгоревших тяжелых углеводородов, за счет использования в качестве топлива природного газа и отсутствия в топливной сети большого количества тяжелых углеводородов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
