Производства этилена на предприятии ОАО "Казаньоргсинтез"

Рассмотрение углеводородных газов. Методы их разделения. Характеристика сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Описание технологической схемы производства этилена. Расчет материального баланса колонны. Экономическое обоснование проекта.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 13.05.2016
Размер файла 488,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность является одной из ведущих отраслей тяжелой промышленности.

Перед нефтеперерабатывающей промышленностью поставлена задача- повысить эффективность использования нефти, обеспечить дальнейшее улучшение её переработки.

Увеличение объема газа, добываемого на промыслах и вырабатываемого в процессах переработки нефти, а также повышение требований, к качеству моторных топлив и непрерывный рост потребностей на разнообразное углеводородное сырье для нефтехимической промышленности -- все это стимулирует совершенствование существующих и разработку новых высокоэффективных процессов переработки углеводородных газов.

В связи с этим большое значение приобретают методы разделения углеводородных смесей на индивидуальные компоненты, методы их очистки и аналитического контроля за чистотой выделяемых компонентов или фракций и работой газоразделительных установок.

К числу чистых индивидуальных компонентов, имеющих промышленное значение, относятся предельные углеводороды С1 - С6, этилен, пропилен, бутилен, дивинил, изопрен, ацетилен и некоторые другие.

Этилемн -органическое химическое соединение, описываемое формулой С2H4. Он является самым производимым органическим соединением в мире и основным сырьем нефтехимической промышленности.

Важнейшими продуктами переработки этилена являются полиэтилены низкого и высокого давления, дихлорид этилена, оксид этилена, этилбензол, б-олефины. Небольшое количество этилена идет на производство ацетальдегида, винилацетата, а также для производства ряда сополимеров, в том числе с пропиленом, стиролом, винилацетатом и другими веществами. Олигомеры этилена являются основой ряда синтетических смазочных масел. Сополимеризацией этилена с пропиленом получают этилен-пропиленовые каучуки, обладающие повышенной устойчивостью к окислению и истиранию.[1]

Таким образом, производство этилена имеет большое значение для экономики и народного хозяйства страны. В связи с этим представляет несомненный интерес исследование деятельности производства этилена на одном из крупнейших предприятий нефтехимической отрасли Российской Федерации ОАО «Казаньоргсинтез», поскольку его техническое совершенствование является актуальной задачей для оценки состояния предприятия, в плане выбора стратегии развития отдельных предприятий нефтехимической отрасли в соответствии с мировыми тенденциями.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Углеводородные газы и методы их разделения

Для разделения углеводородных газов используются методы: абсорбции, адсорбции, конденсации, ректификации.

Первые три метода дают грубое разделение на относительно легкую и тяжелую часть, поэтому они применяются в комбинации с ректификацией, которая позволяет выделять очень узкие фракции.

Применяемые системы извлечения, основанные на методе низкотемпературной ректификации могут быть условно классифицированы следующим образом:

по характеру процесса разделения: на ректификационные и конденсационно-отпарные;

по конструктивному оформлению аппаратов: на системы, снабженные аппаратами с выносными и со встроенными конденсаторами.

Наряду с методом глубокого охлаждения абсорбционно-ректификационный метод газоразделения также нашел широкое применение. В промышленной практике применяются несколько разновидностей этого метода. Основным узлом этих схем является абсорбционно-отпарная колонна .[6, c.85]

Основное отличие абсорбционной схемы от схемы глубокого холода заключается в осуществлении процесса деметанизации. В первом случае этот процесс проводят абсорбцией всех более тяжелых компонентов при давлении 30 атм., при умеренных температурах с применением пропанового холодильного цикла. Во втором случае процесс разделения проводят ректификацией в условиях низких температур с применением двух каскадного холодильного цикла .[6, с.87]

По энергетическим показателям метод низкотемпературного фракционирования экономичнее абсорбционного метода. Метод низкотемпературного фракционирования экономичнее, чем абсорбционный, т.к. для его осуществления требуются меньшие расходы греющего пара и воды.

Подводя итог, можно отметить следующие преимущества низкотемпературного фракционирования: высокая чистота фракций, высокая степень извлечения целевого продукта, малый расход греющего пара. Недостатки: высокая стоимость оборудования и аппаратуры, повышенный расход электроэнергии.

Преимущества абсорбционного газоразделения: простота и удобство эксплуатации, меньшая стоимость оборудования, меньший расход электроэнергии. Недостатки: большой расход греющего пара, меньшая чистота получаемых фракций [6, с.130]

Природные, попутные и нефтезаводские газы являются в основном углеводородными газами с небольшим содержанием примесей. Переработка газового сырья включает в себя очистку газа от примесей, удаление тяжелых углеводородов, осушку и разделение на фракции или индивидуальные компоненты. Разделение проводят комбинированием различных методов: адсорбции, абсорбции, конденсации и ректификации.

Источниками газового сырья являются природные и попутные газы, газы, выделенные при стабилизации нефтей и нефтепродуктов, жидкие и газообразные углеводороды газоконденсатных месторождений. Газовые месторождения располагаются в основном в северной части Тюменской области, в восточных районах Украины.

Основным компонентом природного газа является метан; он содержит также небольшое количество этана, пропана, бутана и пентана и не содержит непредельных углеводородов.

Кроме того, в газе присутствуют азот, двуокись углерода, сероводород и влага. На головных сооружениях магистральных трубопроводов природный газ предварительно очищают от примесей (двуокиси углерода и сероводорода), осушают и направляют к потребителям. Попутные нефтяные газы добываются совместно с нефтью и выделяются при ее сепарации.

В газоконденсатных месторождениях газ обычно находится при большом давлении (до 50 МПа). При разработке такого пласта в газах наряду с легкими углеводородными компонентами могут содержаться и высококипящие. При снижении давления до 5-6 МПа и при изменении температуры тяжелые компоненты конденсируются, и выделяется углеводородный конденсат. [7]

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

2.1 Продукты производства

Основными продуктами производства являются этилен, пропилен, пропан-пропиленовая фракция, а побочными продуктами - метано-водородная фракция (МВФ), этановая фракция, пропановая фракция, газолиновая фракция. Продукты производства имеют следующие характеристики:

Этилендолжен соответствовать требованиям ГОСТ25070-87, представленным в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Этилен. Основные требования согласно ГОСТ 25070-87

Наименование показателя

Норма, согласно СТП

Объемная доля этилена, %, не менее

Объемная доля пропилена, %, не более

Объемная доля метана и этана, %, не более

Объемная доля ацетилена, %, не более

Объемная доля диеновых углеводородов (пропадиена и бутадиена), %, не более

Объемная доля двуокиси углерода, %, не более

Объемная доля окиси углерода, %, не более

Объемная доля метанола, %, не более

Объемная доля кислорода, %, не более

Массовая концентрация серы, мг/, не более

Массовая доля воды, %, (точка росы, °С), не более (минус 60)

Температура этилена на входе в коллектор распределения этилена, °С

Давление этилена на входе в коллектор, с/ (МПа)

99,9

0,005

0,1

0,001

0,001

0,002

0,0005

0,005

0,0005

1

0,001

20-25

(15-18) 1,5-1,8

Этилен - бесцветный газ со сладковатым эфирным запахом, имеющий следующие физико-химические характеристики, представленные в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Физико-химические характеристики этилена

Наименование

Величина показателя

Молекулярная масса

Плотность

Газовая постоянная

Теплоемкость при постоянном давлении ()

28,05 кг/моль

1,26 кг/

30,3 кгс?м/(кг?°С)

при 20° С и 760 мм.рт.ст.

Теплоемкость при постоянном объеме () при 20° С и 760 мм.рт.ст.

Температура кипения при давлении 760 мм.рт.ст.

Температура плавления

Критическая температура

Критическое давления

Критическая плотность

Структурная формула

0,365 ккал/(кг?°С)

0,292 ккал/(кг?°С)

минус 103,8° С

минус 169,15° С

плюс 9,9° С

50,3 кгс/

211 кг/

Н Н

| |

С = С

| |

Н Н

Этилен является сырьём для производства полиэтилена и окиси этилена.

Пропилен должен соответствовать требованиям ГОСТ 25043-81,представленным в таблице1.3

Таблица 1.3 - Пропилен. Основные требования согласно ГОСТ 25043-81

Наименование показателя

Норма, согласно ГОСТ

Объёмная доля пропилена, %об, не менее

Объёмная доля этилена, %об, не более

Объёмная доля ацетилена и метилацетилена, %об

Объёмная доля углеводородов С4, %об, не более

Объёмная доля диеновых углеводородов, %об, не более

Объёмная доля этана, пропана и азота, %об

Массовая концентрация сернистых соединений

в пересчете на серу, мг/м3, не более

99,0

0,1

не нормируется, определение обязательно

0,05

0,015

не нормируется, определение обязательно

5

Пропилен - бесцветный газ со сладковатым эфирным запахом, имеющий следующие физико-химические характеристики, представленные в таблице 1.4

Таблица 1.4 - Физико-химические характеристики пропилена

Наименование

Величина показателя

Молекулярная масса

42,078 кг/моль

Плотность

Газовая постоянная

Теплоёмкость при постоянном давлении (Ср) при 20°С и 760 мм.рт.ст.

Теплоёмкость при постоянном объёме (Cv) при 20°С и 760 мм.рт.ст.

Температура кипения при давлении 760 мм.рт.ст.

Температура плавления

Критическая температура

Критическое давление

Критическая плотность

1,937 кг/м3

20,19 кгс?м/(кг?°С)

0,39 ккал/(кг?°С)

0,343 ккал/(кг?°С)

минус 47,7°С

минус 185,25°С

плюс 91,9°С

45,5 кгс/см2

233 кг/м3

Пропилен используется для получения изопрена и в производстве полиэтилена.

Пропан-пропиленовая фракция имеет следующий примерный состав:

пропилен - (70-80) % об;

этилен, не более 3 % об;

этан - 4 % об;

пропан (10-20) % об;

сумма бутиленов, не более 0,8 % об.

Пропан-пропиленовая фракция - бесцветный горючий газ. При нормальных условиях обладает слабо токсичными свойствами наркотического действия.

Пропан-пропиленовая фракция используется в качестве хладагента в цехе газоразделения I очереди. Отбор - периодический.

Метано-водородная фракция (МВФ) - бесцветный, почти без запаха, горючий газ. Примерный состав, % об.:

водород - 20-25;

метан - 70-75;

этилен - 3;

этан - (0,05-0,1);

пропан - (0,03-0,1);

пропилен - (0,2-1,0).

Метано-водородная фракция используется в качестве топливного газа для печей пиролиза, а также для регенерации адсорбента осушителей пирогаза и пропан-пропиленовой фракции.

Этановая фракция (рецикл).Этан - газ без цвета и запаха. Содержание этилена в этановой фракции (рецикле) не более 3 % об. Этановая фракция (рецикл) используется в качестве сырья в цехах пиролиза.

Пропановая фракция.Пропан - бесцветный горючий газ (при нормальных условиях).Примерный состав пропановой фракции, % об.:

пропан - 75-90;

пропилен - 5-15;

сумма - 3-5.

Пропановая фракция используется в качестве сырья в цехах пиролиза.

2.2 Характеристика сырья и вспомогательных материалов

Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов представлена в таблице 1.5

Таблица 1.5 - Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов

Наименование сырья, материалов, полупродуктов

Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья.

Показатели, обязательные для проверки

Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями

Пропан-бутановая фракция (смесь пропановой и бутановой фракций в любом соотношении)

Фракция пропановая

ТУ 38101490-89

Массовая доля компонентов, % мас.:

4.1 сумма и

4.2 сумма в т.ч.

пропилена

4.3 сумма и выше

4.4 сумма и выше

4.5 содержание сер- водорода

не более 4,0

не менее 90,0

не более 10,0

не более 10,0

не более 0,003

Фракция нормального бутана

ТУ 38101497-79

Массовая доля компонентов, % мас:

4.1.1 пропан

4.1.2 изобутан

4.1.3 сумма бутиленов

4.1.4 н. бутан

4.1.5 сумма и выше

4.1.6 содержание свободной воды

4.1.7 содержание щелочи

не более 1,0

не более 4,0

не более 1,0

не менее 94,0

не более 2,5

отс.

отс.

Едкий натр технический (Используется для приготовления 10 % раствора)

ГОСТ 2263-79, марка "РД"

- Массовая доля едкого натра, %, не менее

- Концентрация едкого натра в растворе

44,0

(10-11)%

Катализатор палладированный уголь

(катализатор ПУ)

ТУ 6-09-5516-84

- Внешний вид

- Насыпная плотность, г/дм3, в пределах

4.6 Массовая доля палладия в пересчёте на сухое вещество, %

4.7 Массовая доля воды, %

Гранулы цилиндрической формы, тёмно-серого или чёрного цвета

520-600

1,8-2,0

не более 1,0

Цеолитсинтетический типа КА-ЗМ

ТУ 38.103100-92

4.1.8 Размер гранул, мм: диаметр

4.1.9 Массовая доля потерь при прокаливании, %

3,5+0,5

не более 4,9

Пропилендля заполнения холодильной системы

По регламенту цеха

- Объёмная доля углеводородов С2, %

- Объёмная доля суммы бутиленов, %

- Точка росы, °С, не выше

не более 2

не более 0,4

минус 45

Вода частично обессоленная

По регламенту цеха

- Жёсткость, мг.экв/л

- Солесодержание, мг/л

- Значение рН

- Содержание железа, мг/л

- Содержание нефтепродуктов, мг/кг

не более 10

не более 50

8,9-9,3

не более 0,1

не более 1

Воздух КИП

ГОСТ 17433-80

В соответствии с НТД

3. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И ЕЕ ОПИСАНИЕ

Процесс разделения газов пиролиза и очистки этан-этиленовой фракции включает в себя следующий стадии:

3.1. Абсорбция углеводородов и выделение метано-водородной фракции.

3.2. Выделение этан-этиленовой фракции.

3.3. Щелочная очистка этан-этиленовой фракции от углекислого газа и серосодержащих соединений.

3.4. Очистка этан-этиленовой фракции от ацетилена и кислорода методом гидрирования.

3.5. Осушка этан-этиленовой фракции.

3.6. Деметанизация этан-этиленовой фракции - выделение легколетучих компонентов: водорода, метана и окиси углерода.

3.7. Выделение этилена.[15]

3.1 Абсорбция углеводородов и выделение метано-водородной фракции

Осушенный пирогаз с давлением до 40 кгс/см2 (4,0 МПа) и температурой (минус 10чминус 20) єС поступает на охлаждение и частичную конденсацию в Холодильник Т1, где охлаждается хладоагентом пропан-пропиленом с температурой кипения минус (18 и 30)°С.

Газожидкостная смесь из холодильника Т1 с температурой порядка (минус 18чминус 30) °C поступает на тарелку № 18 абсорбционно-отпарной колонны К1. Колонна имеет 41 колпачковую тарелку, колпачки капсульного типа.

Режим работы колонны.

Давление - (33ч37,5) кгс/см2 (3,3 МПач3,75 МПа)

Температура куба -не более 80°С

Температура 8 тарелки - (5ч20)°С

Температура верха - не выше минус 15 °C

Плотность орошения - 1,5ч2,5

Колонна К1 орошается абсорбентом -бутаном.

Абсорбент подается на верхнюю тарелку абсорбционно-отпарной колонны К1.

Навстречу абсорбенту поднимается несконденсировавшийся пирогаз и пары углеводородов из кипятильников Т2. Стекая вниз по колонне с тарелки на тарелку, охлажденный абсорбент поглощает углеводороды С2 и выше, а также частично метан, при этом выделяется тепло. Для проведения более полной абсорбции, углеводородов С2 и выше, тепло, выделенное при абсорбции, отводится в четырех промежуточных холодильниках (на схеме не показаны), установленных между тарелками: 25-26, 29-30, 33-34, 37-38. Абсорбент с тарелок Е4, 30, 34, 38 самотеком поступает в трубное пространство холодильников (на схеме не показаны), охлаждается и поступает соответственно на нижележащую тарелку № 25, 29, 33, 37.

Нижняя часть абсорбционно-отпарной колонны К1 (ниже точки ввода питания) предназначена для отпарки метана и водорода из насыщенного абсорбента. Тепло, необходимое для отпарки метана и водорода, подводится через кипятильник Т2, обогреваемый паром.

Метан и водород, отпаренные из насыщенного абсорбента, поднимаются вверх по колонне и с верха колонны К1 через клапан регулятора давления поступают в цех на регенерацию осушителей пирогаза, далее в топливную сеть.

Метано-водородная фракция используется также для прогрева аппаратов и трубопроводов от кристаллогидратов.

Насыщенный абсорбент из куба К1 через клапан регулятора уровня поступает на разделение в колонну К2 .

3.2 Выделение этан-этиленовой фракции

Насыщенный абсорбент подается на одну из питающих тарелок 18, 22, 26 ректификационной колонны К2.

Pежим работы колонны.

Давление в колонне - (28ч33) кгс/см2 (2,8ч3,3 МПа)

Температуpa в кубе - не выше 125°С

Температура 8-ой тарелки - (60ч90)°С

Температура 38-й тарелки - (0ч15)°С

Температура верха - минус 5°С ч минус 10°С

Флегмовое число - 2

Колонна снабжена выносным кипятильником Т4 oбoгpeвaeмым паром 14 кгс/см2 (1,4 МПa), имеет 43 колпачковые тарелки с колпачками капсюльного типa.

Пары этан-этиленовой фракции с верха колонны поступают в дефлегматор Т3, где охлаждаются и частично конденсируются за счет испарения в межтрубном пространстве хладоагента при температуре минус 18°С или минус 30°С.

Этан-этиленовая фракция в виде газожидкостной смеси стекает из дефлегматора Т3 в сборник Е1, далее жидкая этан-этиленовая фракция подается насосом Н1 в колонну в качестве флегмы. Подогрев этан-этиленовой фракции производится горячими парами хладоагента, поступающими в аппарат

Избыток кубовой жидкости колонны К2 через клапан регулятора уровня отводятся в пропан-пропиленовую колонну(на схеме не показана).

3.3 Щелочная очистка этан-этиленовой фракции от углекислого газа и серосодержащих соединений

Этан-этиленовая фракция из аппарата Е1 колонны К2 с температурой (0ч10)°С давлением 28 кгс/см2 (2,8 МПа) поступает в трубное пространство теплообменника Т5, где нагревается до температуры (40ч60)°С за счет тепла этан-этиленовой фракции, поступающей из теплообменника Т8, проходит в аппарат Т6 узла щелочной очистки, в котором подогревается до температуры (70ч80)°С паром 6 кгс/см2 (0,6 МПа), и поступает в нижнюю часть щелочной колонны К3 для очистки от углекислого газа и серосодержащих соединений.

Режим работы колонны К3.

Давление в колонне - (27ч29) кгс/см2 (2,7МПа ч 2,9МПа)

Температура после апп-та Т6 - (70ч80)°С

Расход циркуляционной щелочи - 4 м3

Расход обессоленной воды - (1ч2) м3

Концентрация циркулирующего раствора - (2ч10) % вес

Концентрация свежей щелочи - (9ч11) % вес

Этан-этиленовая фракция проходит слой насадки из металлических колец Рашига - насадка орошается циркулирующим раствором щелочи, имеющим температуру (70ч60)°С.

В слое щелочи на насадке происходит реакция едкого натра с углекислым газом и серосодержащими соединениями:

2NaOH + CO2 > Na2CO3 + H2O

COS + 4NaOH > Na2S + Na2CO3 + 2H2O

H2S + 2NaOH > Na2S + 2H2O

По мере срабатывания щелочи (по анализам) производится закачка свежего 10 % раствора щелочи.

Периодически, с целью промывки колонны К3 от отложившихся на насадке солей, в колонну подается обессоленная вода.

Этан-этилен после промывки щелочным раствором поступает во 2-ую зону колонны К3 - зону водной отмывки газа от унесенных капель раствора щелочи. Отмывка производится на пяти тарелках колпачкового типа горячей обессоленной водой с температурой (100ч110) °C.

Отработанная обессоленная вода сбрасывается из верхней зоны колонны К3 по уровню на глухой тарелке в отсек для воды емкости Е2. В другой отсек емкости Е2 сбрасывается из куба колонны К3 отработанный раствор едкого натра. Отработанная щелочь после разбавления отработанной водой через водяной холодильник (на схеме не показан) сбрасывается в канализацию химзагрязненных стоков.

3.4 Очистка этан-этиленовой фракции от ацетилена и кислорода методом гидрирования

Очищенная от углекислого газа и серосодержащих соединений этан-этиленовая фракция из колонны К3 через отбойник О1 поступает в подогреватель Т7, где нагревается паром 30 кгс/см2 (3,0 МПа) или 14 кгс/см2 (1,4 МПа), затем поступает в трубное пространство теплообменника Т8.

Перед теплообменником Т8 этан-этиленовая фракция смешивается с водородом или метано-водородной фракцией (МВФ).

Расход водорода (МВФ) на смешение с этан-этиленовой фракцией поддерживается в зависимости от температуры в реакторе К4.

В теплообменнике Т8 смесь нагревается до температуры (100ч165)°С за счет тепла этан-этиленoвой фракции, выходящей из реактора К4, после чего подается в верхнюю часть реактора К4, для очистки от ацетилена и кислорода.

Схема обвязки реакторов позволяет включить их в работу последовательно и параллельно.

Режим работы узла.

Давление в реакторах - (27ч29) кгс/см2 (2,7ч2,9) МПа

Температура газа после апп-та Т8 - (100ч165) °C

Перепад температур в реакторе - (30ч50)°С

Температура газа после второго по ходу реактора - (150ч190)°С

Давление водорода в коллекторе - не менее 29 кгс/см2

В реакторе К4 протекают следующие химические реакции гидрирования:

C2H2 + H2 > C2H4

O2 + 2H2O > 2H2O

Реактор К4 работает адиабатически, т.е. без съема тепла, температурный перепад между входящим и выходящим из реакторов потоками газа составляет (30ч50) єС. Реакция идет в слое катализатора "ПУ" - палладий на активированном угле.

При заниженном содержании водорода в смеси возможен проскок ацетилена и кислорода, а избыток водорода способствует процессу гидрирования этилена в этан с выделением большого количества тепла и возникновением высоких температур.

После реактора К4 очищенная от ацетилена и кислорода этан-этиленовая фракция проходит через межтрубное пространство аппаратов Т8 и Т5, где охлаждается до (60ч90)°С встречным потоком этан-этиленовой фракции и поступает на узел осушки в аппарат Т9.

Реакция гидрирования экзотермична, т.е. протекает с выделением тепла.

Завышение температуры реакции в реакторе приводит к полимеризации этилена и спеканию катализатора, а также разогреву металла стенок и разрыву аппарата.

Для контроля температуры в реакторе установлены термопары в слое катализатора, а также до и после слоя катализатора, показания которых выведены на многоточечный потенциометр в операторную цеха.

После замены катализатора в капитальный ремонт, реактор со свежезагруженным катализатором подключается вторым по ходу этан-этиленовой фракции.

Температура этан-этилена на входе в первый по ходу реактор выдерживается в пределах (100ч165)°С. По мере того, как в первом по ходу реакторе катализатор срабатывается, поднимается температура на входе в реактор от 100°С до той температуры, при которой реакция гидрирования протекает с наибольшей степенью очистки, но не более 165°С.

3.5 Осушка этан-этиленовой фракции

В холодильнике Т9 этан-этиленовая фракция охлаждается промышленной водой до (15ч40)°С, сконденсировавшаяся вода отбивается в сепараторе К5 и по клапану регулятора уровня отводится в емкость Е2.

Этан-этиленовая фракция направляется в аппарат Т10, где охлаждается антифризом (40 % раствор этиленгликоля), имеющим температуру (5ч8)°С, до (15ч20)°С и далее поступает в сепаратор О2. Сконденсировавшаяся вода отбивается в сепараторе О2 и периодически выводится в емкость Е2.

После аппаратов Т10 этан-этиленовая фракция поступает на адсорбционную осушку в аппарат К6, заполненный адсорбентом (активным оксидом алюминия или адсорбентом ОПГ-3А).

Три осушителя работают последовательно, а четвертый находится на регенерации.

Осушенная этан-этиленовая фракция проходит матерчатый фильтр К7 снизу вверх, очищается от увлеченной газом пыли оксида алюминия и поступает в аппарат Т11 узла деметанизации.

По мере насыщения адсорбента влагой осушители К6 согласно графику отключаются на регенерацию с целью восстановления адсорбционной способности адсорбента (активного оксида алюминия или адсорбента ОПГ-3А).

На регенерацию отключается первый по ходу этан-этиленовой фракции работающий осушитель, второй по ходу включается первым, работающий третьим по ходу включается вторым, а от регенерированный осушитель включается третьим по ходу. Регенерация производится горячим этаном, а после капитального ремонта при отсутствии этана, этан-этиленовой фракцией.

Процесс регенерации состоит из 3-х стадий:

-холодная продувка осушителей этаном для удаления адсорбированных углеводородов;

-горячая регенерация для удаления адсорбированной влаги,

-холодная продувка для охлаждения активного оксида алюминия.

Режим работы осушителей.

Осушка

Давление - (26ч28) кгс/см2 (2,6ч2,8) МПа

Температура после аппарата Т9 - (15ч40) єС

Температура после аппарата Т10 - (15ч20) єС

Температура после аппарата К7 - (15ч20) єС

Регенерация

Давление - (6ч10) кгс/см2 (0,6ч1,0) МПа

Конечная температура после осушителя при горячей регенерации - (130ч140) єС

Конечная температура после осушителя при холодной продувке - (15ч20) єС

Расход этана на систему - не менее 1,5 т/ч

Время горячей регенерации этаном - 20 часов

Время холодной продувки этаном после регенерации - (3ч4) часа

3.6 Деметанизация этан-этиленовой фракции - выделение легколетучих компонентов: водорода, метана и окиси углерода

После осушки этан-этиленовая фракция поступает в конденсатор Т11, в котором охлаждается до температуры минус (10ч25) єС за счет испарения жидкого хладоагента, кипящего при температуре минус 18 °C или минус 30°С, поступающего через отделитель № 148 из коллектора жидкого хладоагента.

Из конденсатора Т11 этан-этиленовая фракция в виде газожидкостной смеси поступает на дальнейшее охлаждение и конденсацию в конденсатор Т12, где охлаждается до температуры минус (25ч30) °C за счет испарения жидкого хладоагента при температуре минус 30° С.

Этан-этиленовая фракция в виде газожидкостной смеси поступает на 13 питающую тарелку колонны К8.

Колонна К8 представляют собой две составные части деметанизационной колонны, предназначенной для выделения легколетучих компонентов из этан-этиленовой фракции.

Режим работы.

1. Давление - (25ч28) кгс/см2 (2,5ч2,8) МПа

2. Температура куба колонны К8 - (минус 10 ч минус 15) єС

3. Температура верха колонны К8 - (минус 13 ч минус 18) єС

4. Флегмовое число - 9

Колонна К8 имеет 17 тарелок и 43 тарелки. Тарелки с колпачками капсюльного типа. Колонна К8 снабжена кипятильником, Т14 а обогреваемым горячим пропан-пропиленом, поступающим из нагнетательного коллектора холодильных турбокомпрессоров. Сконденсировавшийся пропан-пропилен из кипятильника Т14 а поступает в ресивер (на схеме не показан), далее сбрасывается по уровню в коллектор жидкого хладоагента.

Пары этан-этиленовой фракции, поднимаясь вверх по колонне К8, по шлемовой линии поступают в нижнюю часть колонны К8. Кубовая жидкость колонны К8 насосом Н3 подается на орошение в верхнюю часть колонны К8. Пары, выходящие из верхней части колонны К8 поступают в трубную часть дефлегматора Т13, где частично конденсируются за счет испарения в межтрубной части аппарата жидкого хладоагента, кипящего при температуре минус 30°С. Жидкий хладоагент поступает в межтрубное пространство дефлегматора Т13 по клапану регулятора уровня хладоагента в аппарате. Пары хладоагента из дефлегмотора поступают в отделитель (на схеме не показан) и далее на всас турбокомпрессоров. Из дефлегматора Т13 газожидкостная смесь поступает в ресивер Е3.

Жидкость в виде флегмы из ресивера через клапан регулятора расхода поступает на орошение колонны К8.

Освобожденная от легколетучих компонентов этан-этиленовая фракция в жидком виде через клапан регулятора расхода с коррекцией по уровню в колонне К8 поступает на питание колонны К9.

3.7 Выделение этилена методом ректификации

Жидкая этан-этиленовая фракция с деметанизационной колонны К8 поступает на одну из питающих тарелок (22, 30, 36) ректификационной колонны К9. Колонна имеет 75 тарелок с колпачками капсюльного типа, снабжена кипятильником Т17, в котором кубовая жидкость подогревается за счет тепла конденсации горячего пропан-пропилена, подаваемого из коллектора нагнетания холодильных турбокомпрессоров.

Режим работы.

Давление в колонне - (23,5ч25) кгс/см2 (2,35ч2,5) МПа

Температура верха - минус 25°С±3°С

Температура куба - 0°Сч3°С

Флегмовое число - 6ч10

Пары этилена с верха колонны К9 поступают в конденсатор Т15, где частично конденсируются за счет испарения этана. Парожидкостная смесь из конденсатора Т15 поступает в два параллельно работающие конденсатора Т16, где происходит дальнейшая конденсация паров этилена. Дефлегматоры Т16 охлаждаются испаряющимся при температуре минус 30°С жидким пропан-пропиленом, поступающим из напорной емкости (на схеме не показана) через отделители (на схеме не показаны).

Этилен в виде газожидкостной смеси из дефлегматора Т16 поступает в сборник Е4, далее жидкий этилен насосом Н4 подается на колонну К9 в качестве флегмы, а газообразный проходит через теплообменники (на схеме не показаны), где, соответственно, подогревается этаном, и подается в коллектор распределения этилена.

С общего коллектора этилен поступает в цеха производства полиэтилена, окиси этилена.

Подача этилена на ОАО «Севилен» осуществляется по распоряжению руководства завода «Этилен» или общества.

Кубовая жидкость колонны К9 (этан) проходит трубное пространство теплообменников (на схеме не показаны), где охлаждается обратным этаном, поступающим из конденсатора Т15 и этиленом, поступающим из сборника Е4 и направляется в конденсатор Т15.

Испаренный этан после конденсатора Т15 проходит межтрубное пространство теплообменника (на схеме не показан) и отделитель (на схеме не показан), где отделяются капли масла.

Из отделителя № 149 этан поступает в подогреватель (на схеме не показан), где нагревается горячими парами пропан-пропилена до температуры (20ч40)°С и далее, пройдя подогреватель (на схеме не показан), используется в качестве теплоносителя при регенерации осушителей.

После осушителей этан направляется на пиролиз.

Технологическая схема получения товарного этилена показана на рисунке 4.1.-«Технологическая схема процесса получения товарного этилена».

Т1-Т17- теплообменники, К1- колонна первичной деметанизации, К2- колонна выделения этан-этиленовой фракции, К3- колонна щелочной очистки, К4-колонна гидрирования, К5- сепаратор, К6- адсорбер, К7- фильтр, К8- колонна вторичной деметанизации, К9- колонна выделения товарного этилена, Е1-Е4- емкости, О1-О2- сепараторы.

Рисунок 3.1- Технологическая схема процесса получения товарного этилена

4.1 Расчет материального баланса

4.1.1 Расчет состава сырья

Производительность установки по этилену - 37 000 т/год;

Время работы установки в год - 345 дней (8280 часов);

Производительность цеха по товарному этилену :

37000•1000 / 8280 = 4468,599 кг/ч;

Потери на производство -5%:

37000 • 1,05 = 38850 т/год;

Содержание этилена в пирогазе -50,62%;

Производительность цеха по сырью (пирогазу):

38850 • 100 / 50,62 = 76741,401 т/год.

В цех поступает 9268,2854 кг/час пирогаза.

Расчет состава сырья приведен в таблице 4.1.1

Таблица 4.1.1-Состав сырья

Компоненты

Молеку-

лярная

масса, Мi

Состав сырья в мольных долях, ci/

Состав сырья в массовых долях, ci

Количество в сырье

кг/ч, Gi

кмоль/ч, Gi/

Водород

2

0,3585

0,0383

354,7270

177,3635

Метан

16

0,0654

0,0559

517,7348

32,3584

Этан

30

0,2159

0,3459

3205,5097

106,8503

Этилен

28

0,3387

0,5062

4692,0290

167,5725

Пропилен

42

0,0057

0,0128

118,5511

2,8226

Пропан

44

0,0009

0,0020

18,5236

0,4210

Ацетилен

26

0,0023

0,0032

29,6378

1,1399

Дивинил

54

0,0051

0,0146

135,2223

2,5041

Бутилен

56

0,0007

0,0020

18,5236

0,3308

Бутан

58

0,0009

0,0028

25,9330

0,4471

Кокс и смола

54

0,0052

0,0150

138,9270

2,5727

Двуокись углерода

28

0,0005

0,0007

6,4833

0,2315

Сероводород

34

0,0004

0,0007

6,4833

0,1907

Всего:

1,0000

1,0000

9268,2854

494,8052

Решение оформлено в виде таблицы, для расчета использовались следующие формулы:

ci/=(ci / Мi)/?(сi/Mi) ,[16,с.7] (4.1)

где сi- массовая доля компонента;

Mi- молекулярная масса компонента, кг/моль.

Gi/= Gi/ Mi, [16,с.7] (4.2)

Mсм=1 / ?(ci/ Мi) , [ 16,с.7] (4.3)

Где: Mсм - молекулярная масса смеси.

4.1.2 Расчет материального баланса колонны К1 (Первичная деметанизация)

Исходные данные: в колонну К1 поступает пирогаз в количестве 9268,285 кг/ч.

Состав исходной смеси представлен в таблице 4.1.1

Требования к получаемым продуктам: содержание этилена (тяжелого ключевого компонента) в дистилляте - не более 1,5 % мас.; содержание метана (легкого ключевого компонента) в кубовом остатке - не более 0,2 %мас.

Количество и состав дистиллята и кубового остатка находим методом постепенного приближения. Для этого задаем начальное приближение количества дистиллята и кубового продукта. Далее зададим систему уравнений материального баланса [15,с.8], которая будет выглядеть следующим образом:

F • c1 = (F - W) • y1 (4.4)

F • c2 = (F - W) • y2 + W • x2 (4.5)

F • c3 = (F - W) • y3 + W • x3 (4.6)

F • c4 = W • x4 (4.7)

F • c5 = W • x5 (4.8)

F • c6 = W • x6 (4.9)

F • c7 = W • x7 (4.10)

F • c8 = W • x8 (4.11)

F • c9 = W • x9 (4.12)

F • c10 = W • x10 (4.13)

F • c11 = W • x11 (4.14)

F • c12 = W • x12 (4.15)

F • c13 = W • x13 (4.16)

y1 + y2 + y3 = 1 (4.17)

x2 + x3 + x4 + x5 + x6 + x7 + x8 + x9 + x10 + x11 + x12 + x13 = 1 (4.18)

где F- масса сырья (пирогаза);

W - масса кубового остатка;

c1-c13 -массовые доли водорода, метана, этилена, этана, пропилена, пропана, ацетилена, дивинила, бутилена, бутана, кокса, двуокиси углерода, сероводорода, соответственно.

y1-y3 - массовые доли водорода, метана, этилена, соответственно.

x2-x13 - массовые доли метана, этилена, этана, пропилена, пропана, ацетилена, дивинила, бутилена, бутана, кокса, двуокиси углерода, сероводорода , соответственно.

Решая данную систему уравнений, мы получим количество дистиллята и кубового остатка, а также их состав в массовых долях.

W = 8398,972 кг/час;

F - W= 869,313 кг/час.

Материальный баланс колонны К1 представлен в таблице 4.1.2

Таблица 4.1.2 - Материальный баланс колонны К1(Первичная деметанизация)

Компоненты

Приход

Расход

Пирогаз

МВФ(Дистиллят)

Кубовый остаток

кг/час

%,мас.

кг/час

%, мас.

кг/час

%, масс.

Водород

354,727

3,827

354,680

40,800

-

-

Метан

517,735

5,586

501,594

57,700

16,798

0,200

Этилен

4692,029

50,625

13,040

1,500

4678,228

55,700

Этан

3205,510

34,586

-

-

3208,407

38,200

Пропилен

118,551

1,279

-

-

117,586

1,400

Пропан

18,524

0,200

-

-

18,478

0,220

Ацетилен

29,638

0,320

-

-

26,877

0,320

Дивинил

135,222

1,459

-

-

134,384

1,600

Бутилен

18,524

0,200

-

-

18,478

0,220

Бутан

25,933

0,280

-

-

25,197

0,300

Кокс и смола

138,927

1,499

-

-

142,783

1,700

СО2

6,483

0,070

-

-

5,879

0,070

Сероводород

6,483

0,070

-

-

5,879

0,070

Всего:

9268,285

100,000

869,313

100,000

8398,972

100,000

4.1.3 Расчет материального баланса колонны К2 (Выделение этан-этиленовой фракции)

Исходные данные: в колонну К2 поступает кубовый остаток колонны К1 в количестве 8398,972 кг/ч.

Состав кубового остатка колонны К1 представлен в таблице 4.1.2

Требования к получаемым продуктам: содержание пропилена (тяжелого ключевого компонента) в дистилляте - не более 0,91 % мас.; содержание этилена (легкого ключевого компонента) в кубовом остатке - не более 0,3 %мас.

Количество и состав дистиллята (этан-этиленовой фракции) и кубового остатка находим методом постепенного приближения. Для этого задаем начальное приближение количества дистиллята и кубового продукта. Далее зададим систему уравнений материального баланса [16,с.8], которая будет выглядеть следующим образом:

F • c1 = (F - W) • y1 (4.19)

F • c2 = (F - W) • y2 (4.20)

F • c3 = (F - W) • y3 (4.21)

F • c4 = (F - W) • y4 (4.22)

F • c5 = (F - W) • y5 (4.23)

F • c6 = (F - W) • y6 + W • x6 (4.24)

F • c7 = (F - W) • y7 + W • x7 (4.25)

F • c8 = W • x8 (4.26)

F • c9 = W • x9 (4.27)

F • c10 = W • x10 (4.28)

F • c11 = W • x11 (4.29)

F • c12 = W • x12 (4.30)

y1 + y2 + y3+ y4 + y5 + y6+ y7 = 1 (4.31)

x6 + x7 + x8 + x9 + x10 + x11 + x12 = 1 (4.32)

где F- масса сырья (кубового остатка колонны К1);

W - масса кубового остатка;

c1-c12 -массовые доли метана, этана, ацетилена, двуокиси углерода, сероводорода, этилена, пропилена, пропана, бутилена, дивинила, бутана, кокса, соответственно.

y1-y7 - массовые доли метана, этана, ацетилена, двуокиси углерода, сероводорода, этилена, пропилена, соответственно.

x6-x12 - массовые доли этилена, пропилена, пропана, бутилена, дивинила, бутана, кокса , соответственно.

Решая данную систему уравнений, мы получим количество дистиллята и кубового остатка, а также их состав в массовых долях.

W=382,972 кг/час;

F - W=8016,000 кг/час.

Материальный баланс колонны К2 представлен в таблице 4.1.3

Таблица 4.1.3 - Материальный баланс колонны К2(Выделение этан-этиленовой фракции).

Компоненты

Приход

Расход

Кубовый остаток колонны К1

Этан-этиленовая фракция

Кубовый остаток колонны К2

кг/час

%,мас.

кг/час

%, масс

кг/час

%, масс

Метан

16,798

0,200

14,429

0,180

-

-

Этан

3208,407

38,200

3206,400

40,000

-

-

Пропилен

117,586

1,400

72,946

0,910

44,425

11,600

Этилен

4678,228

55,700

4681,344

58,4

1,149

0,300

Пропан

18,478

0,220

-

-

18,383

4,800

Ацетилен

26,877

0,320

29,659

0,37

-

-

Дивинил

134,384

1,600

-

-

133,657

34,900

Бутилен

18,478

0,220

-

-

18,383

4,800

Бутан

25,197

0,300

-

-

24,893

6,500

Кокс и смола

142,783

1,700

-

-

142,083

37,100

Двуокись углерода

5,879

0,070

5,611

0,07

-

-

Сероводород

5,879

0,070

5,611

0,07

-

-

Всего:

8398,972

100,000

8016,000

100,000

382,972

100,000

4.1.4 Расчет материального баланса колонны К3 (Колонна щелочной очистки)

Исходные данные: в колонну К3 поступает этан-этиленовая фракция в количестве 8016,000 кг/ч.

Состав этан-этиленовой фракции представлен в таблице 4.1.2

В колонне К3 протекают реакции:

2NaOH + CO2 > Na2CO3 + H2O

H2S + 2NaOH > Na2S + 2H2O, [15]

Исходя из стехиометрии реакций, можно определить количество необходимой щелочи. Также учитывается растворимость углеводородов при данных давлении и температуре.

Материальный баланс колонны К3 представлен в таблице 4.1.4

Таблица 4.1.4 - Материальный баланс колонны К3(Колонна щелочной очистки)

Компонент

Приход

Расход

Этан-этиленовая фракция

10% раствор щелочи

Этан-этиленовая фракция

Отработанная щелочь

кг/час

%,мас.

кг/час

%,мас.

кг/час

%,мас.

кг/час

%,мас.

Метан

14,43

0,18

-

-

14,31

0,18

0,12

0,03

Этилен

4681,34

58,40

-

-

4680,80

58,48

0,54

0,14

Этан

3206,40

40,00

-

-

3206,23

40,06

0,17

0,04

Ацетилен

29,66

0,37

-

-

29,49

0,37

0,17

0,04

СО2

5,61

0,07

-

-

-

-

-

-

Сероводород

5,61

0,07

-

-

-

-

-

-

Пропилен

72,95

0,91

-

-

72,9

0,91

0,01

0,003

Щелочь

-

-

36,46

10,00

-

-

-

-

Вода

-

-

328,10

90,00

-

-

337,31

89,46

Соли

-

-

-

-

-

-

38,72

10,27

Всего:

8016,00

100,00

364,56

100,00

8003,77

100,00

377,03

100,00

4.1.5 Расчет материального баланса колонны К4 (Колонна гидрирования)

Исходные данные: в колонну К4 очищенная от СО2 и сероводорода этан-этиленовая фракция в количестве 8003,77 кг/ч.

Состав этан-этиленовой фракции представлен в таблице 4.1.4

В колонне К4 происходит очистка от ацетилена гидрированием на катализаторе.

Материальный баланс колонны К4 представлен в таблице 4.1.5.

Таблица 4.1.5 - Материальный баланс колонны К4(Колонна гидрирования).

Компонент

Приход

Расход

Этан-этиленовая фракция

МВФ

Этан-этиленовая фракция

кг/час

%,мас.

кг/час

%,мас.

кг/час

%,мас.

Водород

-

-

14,115

73,530

3,811

0,048

Метан

14,309

0,179

5,081

26,470

19,390

0,242

Этилен

4680,804

58,482

-

-

4633,996

57,759

Этан

3206,231

40,059

-

-

3292,799

41,042

Ацетилен

29,491

0,368

-

-

-

-

Пропилен

72,935

0,911

-

-

72,935

0,909

Всего:

8003,770

100,000

19,196

100,000

8022,932

100,000

4.1.6 Расчет материального баланса колонны К8 (Колонна вторичной деметанизации)

Исходные данные: в колонну К8 поступает гидрированная этан-этиленовая фракция в количестве 8022,932 кг/ч.

Состав этан-этиленовой фракции после гидрирования представлен в таблице 4.1.5.

Требования к получаемым продуктам: содержание этилена (тяжелого ключевого компонента) в дистилляте - не более 3 % мас.; содержание метана (легкого ключевого компонента) в кубовом остатке - не более 0,011 %мас.

Количество и состав дистиллята и кубового остатка находим методом постепенного приближения. Для этого задаем начальное приближение количества дистиллята и кубового продукта. Далее зададим систему уравнений материального баланса [16,с.8], которая будет выглядеть следующим образом:

F • c1 = (F - W) • y1 (4.33)

F • c2 = (F - W) • y2 + W • x2 (4.34)

F • c3 = (F - W) • y3 + W • x3 (4.35)

F • c4 = W • x4 (4.36)

F • c5 = W • x5 (4.37)

y1 + y2 + y3 = 1 (4.38)

x2 + x3 + x4 + x5 = 1 (4.39)

где F- масса сырья (пирогаза);

W - масса кубового остатка;

c1-c2 -массовые доли водорода, метана, этилена, этана, пропана, соответственно.

y1-y3 - массовые доли водорода, метана, этилена, соответственно.

x2-x5 - массовые доли метана, этилена, этана, пропана, соответственно.

Решая данную систему уравнений, мы получим количество дистиллята и кубового остатка, а также их состав в массовых долях.

W =8000,000 кг/час;

F - W=22,932 кг/час.

Материальный баланс колонны К8 представлен в таблице 4.1.6.

Таблица 4.1.6 - Материальный баланс колонны К8 (Вторичная деметанизация).

Компоненты

Приход

Расход

Этан-этиленовая фракция

МЭО(Дистиллят)

Кубовый остаток

кг/час

%,мас.

кг/час

%, мас.

кг/час

%,масс.

1

2

3

4

5

6

7

Водород

3,811

0,048

3,784

16,500

-

-

Метан

19,390

0,242

18,461

80,500

0,880

0,011

Этилен

4633,996

57,759

0,688

3,000

4631,491

57,900

Этан

3292,800

41,042

-

-

3295,637

41,200

Пропилен

72,935

0,909

<...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.