Совершенствование технологии производства изопрена.

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………...1
1. Литературный обзор………………………………………………………………2
1.1 Общие сведения о процессах дегидрирования……………………………...2
1.2 Катализаторы процессов дегидрирования ………………………………….3
1.3 Методы получения изопрена…………………………………………………4
1.4 Патентный обзор……………………………………………………………..10
2. Технология производства…………………………………………………….….13
2.1 Выбор метода производства………………………………………………...13
2.2 Характеристика сырья, материалов, полупродуктов, готовой продукции……………………………………………………………………………13
2.3 Физико-химические основы технологического процесса………………...16
2.4 Описание технологического процесса……………………………………..17
2.5 Устройство и принцип действия основного аппарата ……………………19
3. Технологический расчет…………………………………………………………21
3.1 Расчет материального баланса………………………………………………21
3.2 Расчет теплового баланса……………………………………………………28
3.3 Технологический расчет основного аппарата……………………………..31
4. Безопасность и экологичность проекта………………………………………...33
4.1 Общая характеристика опасностей проекта……………………………….33
4.2 Безопасность производственной деятельности и мероприятия по ее обеспечению…………………………………………………………………………34
4.3 Санитарно-технические условия……………………………………………39
4.4 Безопасность и экологичность проекта в чрезвычайных ситуациях…….41
5. Экономическая часть……………………………………………………….……49
5.1 Расчет производсвенной мощности ………………………………………..50
5.2 Расчет капитальных вложений……………………………………………...52
5.3 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования и общепроизводственных расходов……………………………………..………..68
5.4 Расчет себестоимости продукции…………………………………………..72
5.5 Обоснование экономической эффективности проектного решения…….75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………...76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………….77
ПРИЛОЖЕНИЕ А…………………………………………………………………...79
Перечень демонстрационных материалов ВКР…………………………………..79
Перечь рисунков в ВКР………………………………………………………….…79
Перечень таблиц в ВКР………………………………………………………….....80

Весь текст будет доступен после покупки

Изoпрен является oдним из важнейших прoдуктов нефтехимической прoмышленнoсти Рoссийской Федерации. Изoпрен испoльзуется в качестве мoнoмера в прoизводстве синтетическoгo изoпренoвoгo каучука, бутилкаучука, нoвых видoв сoпoлимерных каучуков и т.д. В мире ширoкoмасштабным прoизводствoм синтетическoгo изoпреновoгo каучука занимается в oсновнoм Рoссия. Изoпреновый каучук пo своей структуре и oснoвным свoйствам приближен к натуральнoму.
В Рoссии в прoмышленном масштабе изoпрен пoлучают: взаимoдействием изoбутилена и фoрмальдегида, двухстадийным дегидрирoванием изoпентана, а также перерабoткoй пирoлизной фракции углеводoрoдoв С_5 совместно с прoдуктами дегидрирования изoпентана.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Литературный обзор

Изопрен является одним из основных продуктов нефтехимического синтеза и мономеров для производства изопренового синтетического каучука. Практически 95% производимого в РФ используется для производства изопреновых каучуков различных марок. Наибольшим спросом на мировом и отечественном рынке пользуются изопреновые каучуки марок – СКИ-3 и СКИ-3С. Отечественная продукция пользуется устойчивым спросом на экспортных рынках. За рубеж экспортируется почти 75% от всего выпуска синтетического каучука в стране.
Основными потребителями СКИ являются предприятия автомобильной промышленности (заводы по производству автомобильных шин и покрышек), а также производители резинотехнических изделий различного назначения.
Крупнейшими производителями изопрена в Российской Федерации являются: ПАО «Нижнекамскнефтехим», ООО «Тольяттикаучук», ЗАО «Синтез Каучук» (г. Стерлитамак), «Красноярский завод синтетического каучука» (ГК «Сибур»), «Воронежсинтезкаучук» (ГК «Сибур»), «Уфаоргсинтез» («Роснефть»), «Стерлитамакский нефтехимический завод» (УК «ТАУ НЕФТЕХИМ»). Реализуемые процессы производства изопрена осуществляются на многих производствах с технологиями, внедренными во времена Советского Союза.

1.1 Общие сведения о процессах дегидрирования

Реакция дегидрирования – это химический процесс, в основе которого лежит отщепление водорода от молекулы органического соединения. Данный химический процесс эндотермичен. Реакция дегидрирования является обратимой.
Процессы дегидрирования характеризуются следующими свойствами:
-Реакция обратима и протекает с увеличением объема. Для того, чтобы максимально сместить равновесие в сторону образования продуктов реакции, необходимо снижать давление и увеличивать температуру. Данный процесс эндотермичен, то есть сопровождается поглощением тепла, по этой причине процессы дегидрирования проводят при высоких температурах (до 800 °С).
-В промышленности процессы дегидрирования протекают в адиабатических реакторах при высоком разбавлении паром. Роль пара так же сводится и к снижению парциальных давлений компонентов.
-В качестве катализаторов используются такие металлы, как серебро, медь, платина, никель, палладий, а также оксиды железа, хрома, цинка и молибдена.
Основная проблема процессов дегидрирования заключается в наличии жестких термодинамических ограничений, связанных с установлением термодинамического равновесия. Это связано с тем, что реакции протекают с увеличением числа молей, а также в ходе процесса происходит поглощение тепла, что в конечном итоге приводит к нехватке свободной энергии, сопровождающей реакцию. На основании этого процессы дегидрирования проводят при температурах, которые активизируют следующие побочные реакции: коксообразование - дезактивируют катализатор, скелетная изомеризация, крекинг-снижает избирательность процесса (как и скелетная изомеризация).

1.2 Катализаторы процессов дегидрирования

Катализаторы играют немало важную роль в протекании процессов дегидрирования. В промышленности катализаторы дегидрирования бывают следующих разновидностей [9]:
- Алюмохромовые катализаторы, которые в зависимости от способа реализации бывают следующих типов: микросферические и гранулированные;
- Платиновые катализаторы, нанесенные на разные носители и модифицированные для дегидрирования низших парафинов в среде водорода с движущимся слоем сферического катализатора и в среде водяного пара в стационарном слое и т.д.
Для дегидрирования низших парафинов применяют алюмохромовые катализаторы с массовой долей оксида хрома от 10 до 20%. Эффективными промышленными катализаторами являются ИМ 2201, АО-73-21, катализаторы фирм «Гудри» и «Филлипс» (США). В последние годы для дегидрирования низших парафинов предложено использовать платиновые катализаторы фирмы «UOP». Эти катализаторы бифункциональны. Их особенностью является возможность ввести процесс без регенерации с очень высокой селективностью.
В последние годы исследования в области получения изопрена были сосредоточены именно на модификации катализаторов.
Дегидрирование низших парафинов проводится в кипящем слое мелкозернистого алюмохромового катализатора, который непрерывно циркулирует между реактором и регенератором. При этом до 40 % тепла вводится в зону реакции с катализатором, перегретым на стадии регенерации, остальная часть тепла поступает с сырьем, нагретым в теплообменнике и печи перед реактором.

1.3. Методы получения изопрена

1.3.1 Получение изопрена из 2-метилпропена и формальдегида .
Метод синтеза изопрена из 2-метилпропена был разработан в Советском Союзе М.С.Немцовым и др. С 1952 г. работала установка небольшой мощности, и в настоящее время метод полностью освоен в крупнопромышленных масштабах. В СССР аналогичный процесс, отличающийся по аппаратурному оформлению, разрабатывался французским институтом нефти, но был испытан только на опытной установке мощностью 330 тонн в год и в промышленных масштабах не осуществлялся.
Процесс получения изопрена этим методом двухстадийный.
На первой стадии происходит конденсация 2-метилпропена с формальдегидом с образованием 4,4-диметил- 1,3диоксана (так называемая реакция Принса) [12]:

Реакция протекает при 70-90 0С и 10- 16 кгс\см2, катализатором является серная кислота (1- 1,5% от массы 2-метилпропена). Мольное соотношение
углеводород: альдегид = 0,73: 1. Выход 4,4,-диметил- 1,3-диоксана достигает 66-68% в расчете на превращенный 2-метилпропен и 80-83% на превращенный формальдегид при конверсии 2-метилпропена 88-92% и формальдегида 92-96%.
Вторая стадия процесса - газофазное каталитическое расщепление 4,4-диметил- 1,3диоксана с образованием изопрена:

Катализаторами процесса могут служить фосфорная кислота на алюмосиликате, окись алюминия с 25% окиси кремния, смесь фосфатов и другие вещества кислотного характера. Хорошие результаты получены на фосфате кальция при 375-400 0С и разбавлении водяным паром 1:2. Глубина расщепления 4,4-диметил- 1,3-диоксана составляет до 90%, выход изопрена 83-84% от разложенного и 70-75% от пропущенного диоксана.
3-метилбутандиол- 1,3 также превращается в изопрен в указанных условиях:


1.3.2 Дегидрирование изопентана и изопентенов .
Процесс двухстадийного дегидрирования изопентана был разработан и успешно освоен в Советском Союзе в промышленных масштабах. В качестве сырья для дегидрирования можно использовать изопентановую фракцию газовых бензинов или изопентан-изопентеновые фракции бензина каталитического крекинга.
Изопентановая фракция должна содержать 97-98% изопентана.
Дегидрирование изопентана проводят при высокой температуре в присутствии алюмохромового катализатора на первой стадии и железокалиевого на второй, но при этом протекают реакции распада с получением легких углеводородов(С1-С2), и реакций уплотнения. Вследствие этого при дегидрировании изопентана получается больше кокса, чем при дегидрировании углеводородов С4.
Первую стадию дегидрирования изопентана проводят в псевдоожиженном слое микросферического алюмохромового катализатора в секционированных реакторе и регенераторе[13]. Процесс ведут при давлении несколько выше атмосферного, температуре 525-575 0С и объемной скорости 1,5-2,0 ч- 1 в расчете на жидкий изопентан (около 300 ч- 1 в расчете на пары при нормальных условиях). Выход изоамиленов составляет 30-32 % на пропущенный изопентан при селективности 68-72%.

В результате первой стадии дегидрирования образуются 2-метилбутен - 1, 3- метилбутен и 2-метилбутен-2. Все три изомера далее дегидрируются до 2-метилбутадиена- 1,3 (изопрена).
Суммарно эти реакции можно записать так:
iС5Н 12 ? iС5Н 10 + Н2
Вторую стадию дегидрирования проводят при температуре 560-650 0С в реакторах адиабатического типа с неподвижным слоем катализатора при разбавлении сырья водяным паром[13]. Для дегидрирования изопентанов используют катализаторы на основе окислов магния и железа, хром кальцийникельфосфатный (КНФ).
Процесс получения изопрена способом двухстадийного дегидрирования изопентана разработан в НИИМСК и освоен в опытно-промышленных масштабах.
Основным преимуществом способа дегидрирования изопентана является использование доступного и недорогого сырья.

1.3.3 Получение изопрена из пропилена .
С 1962 г. фирмы «Goadyear» и «Scientific Design» разработали и эксплуатируют трехстадийный процесс получения изопрена из пропилена, включающий стадии димеризации пропилена, изомеризации образующегося 2- метилпентена- 1 в 2-метилпентен-2 и пиролиз 2-метилпентена-2 (деметелирования с образованием изопрена).
Для процесса используется пропан-пропиленовая фракция, в которой содержание пропилена, составляет 60-80%. Сырье необходимо освободить от воды, а также от ацетиленовых и сернистых соединений, затрудняющих процесс димеризации.
Димеризация пропилена осуществляется в присутствии триизобутилалюминия или три-н-пропилалюминия при 150-250 С и 200-300 кгс/см2. В этих условиях образуется индивидуальный димер 2-метилпентен-1. Конверсия пропилена составляет 80-85%. 2-метилпентен-1 не является предшественником изопрена, но он легко изомеризуется в 2-метилпентен-2. Изомеризацию можно проводить в жидкой или газовой фазе в присутствии кислотных катализаторов. Третьей стадией процесса является пиролиз 2-метилпентена-2-деметилирование его с образованием изопрена.
Последняя стадия является наиболее трудной в связи с тем, что наряду с деметилированием протекают другие реакции расщепления, в результате чего образуется большое количество побочных продуктов, в том числе и ацетиленовые углеводороды. Селективность стадии деметилирования низкая. Проводимые исследования направлены на изыскание катализаторов, которые позволили бы повысить селективность процесса.
В термических условиях процесс ведут при 800-900 0С и парциальном давлении углеводородов 0,1 кгс\см2. при этом конверсия составляет 35%, а селективность не превышает 40-46мол.%. В качестве разбавителя могут быть использованы азот или водяной пар .

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки