Федора Максимовича Черномурова отличали глубокая преданность нау ке, творческая энергия, завидная работоспособность. Он был крупным специа листом в области теплофизики и металлургической теплотехники. Особый вклад внес в решение
 Скачать 4.01 Mb.
|
|
1. Суспензия катализатора поступает в промежуточную емкость 2, из ко- торой дозируется в полимеризатор 3. Полимеризатор представляет собой аппа- рат с мешалкой объемом 10 м 3 , снабженный рубашкой для охлаждения и обог- рева (во время запуска) и холодильником-конденсатором 4. В полимеризатор при работающей мешалке непрерывно подаются жидкий пропилен, катализа- торный комплекс и бензин. Продолжительность пребывания реакционной смеси в полимеризаторе при температуре 70 o С и давлении 0,1 МПа составляет около 6 ч. Степень кон- версии пропилена достигает 98 %. 209 В полимеризатор дозируются реагенты в следующем соотношении (в маcс. ч.): пропилен 100 катализатор (AСl 3 : TiCl 3 = 3 : 1) 9 бензин 255 Из полимеризатора продукт в виде суспензии выгружается в сборник суспензии 5, при этом уровень в полимеризаторе поддерживается постоянным. В сборнике за счет снижения давления до атмосферного происходит сдувка растворенного в бензине непрореагировавшего пропилена и разбавление сус- пензии бензином до соотношения полимер : бензин = 1:10 (масс. ч.). Разбавленная суспензия обрабатывается на непрерывно действующей центрифуге 6раствором изопропилового спирта в бензине [концентрация 25 % (масс.)]. При этом происходит частичное разложение компонентов катализа- Рис. 29. Схема производства полипропилена: 1 – смеситель катализаторного комплекса; 2, 11 – промежуточная емкость; 3 – полимеризатор; 4 – холодильник; 5, 9 – сборник суспензии; 6, 10 – центрифуга; 7 – подогреватель; 8 – аппарат разложения катализатора; 12 – вакуум-гребковая сушилка 210 торного комплекса спиртом с переводом их в форму алкоголятов. Разложение катализатора завершается в аппарате 8при интенсивном перемешивании сус- пензии подогретым в подогревателе 7 до 60 °С раствором изопропилового спирта в бензине (фугатом). Суспензия полимера через сборник 9подается на вторичную промывку и отжим в центрифугу 10. Отмытый полипропилен подают в емкость 11и сушилку с кипящим сло- ем 12,в которой при температуре 95 o С горячим азотом высушивают до оста- точного содержания бензина 0,1 %. Высушенный полипропилен поступает на грануляцию и упаковку. Непрореагировавший пропилен, растворитель, промывные растворы по- ступают на регенерацию и возвращаются в цикл. Во всех аппаратах после реак- тора поддерживается инертная атмосфера путем подачи азота. Азот рециркули- рует по контуру, подвергаясь регенерации. Обобщенные расходные показатели производства полипропилена в рас- чете на 1 т гранулированного полимера приведены ниже: пропилен, кг 1125 растворитель (бензин), кг 25 изопропиловый спирт, кг 4 диэтилалюминийхлорид, кг 2,4 трихлорид титана, кг 1,2 водяной пар, кг, 3200 охлаждающая вода, м3 400 азот, м 3 70 электроэнергия, кВТ·ч 500 В производстве полипропилена на 1 т товарного изотактического поли- мера образуется около 8 кг атактического полипропилена. Одним из основных направлений совершенствования технологии поли- пропилена является разработка более активных каталитических комплексов, которые можно было бы вводить в малом количестве. При этом отпадает необ- ходимость в стадиях промывки полимера и регенерации промывного раствора, 211 что значительно сокращает энергозатраты, упрощает схему и повышает эконо- мичность производства. Полистирол получают полимеризацией ненасы- щенного углеводорода – стирола. По объему производст- ва полистирольные пластики занимают третье место по- сле полиэтилена и поливинилхлорида. Выработка поли- стирола превышает 10 млн. т в год. Полистирол находит применение практиче- ски во всех основных отраслях народного хозяйства, включая производство электрооборудования, радиоаппаратуры, мебели, упаковки, предметов домаш- него обихода. Полистирол – термопластичный материал с высокими диэлектрическими показателями. Он химически стоек, водостоек, бесцветен. Однако полистирол имеет низкую механическую прочность и невысокую теплостойкость. В связи с этим проводят модификацию свойств полистирола, которая направлена на улучшение его перерабатываемости, повышение ударопрочности, огне- и атмо- сферостойкости, прозрачности. Улучшение качества и придание требуемого комплекса свойств полистиролу достигается путем введения различных доба- вок, а также способом химической модификации (блочная и привитая сополи- меризация). Получение полистирольных пластиков с новыми качественными характеристиками расширяет сферу их применения в промышленности. В промышленности полимеризацию стирола осуществляют главным об- разом в блоке, эмульсии и суспензии: 1) блочная полимеризация стирола с неполной конверсией мономера (непрерывный способ); 2) суспензионная полимеризация стирола (периодический способ); 3) блочно-суспензионная (эмульсионная) полимеризация стирола (пе- риодический способ). В настоящее время используется несколько вариантов блочной полиме- ризации стирола с неполной конверсией мономера. На рис. 30 представлена схема процесса с неполной конверсией стирола в каскаде реакторов с переме- 212 шиванием. Химико-технологическая система состоит из следующих функцио- нальных подсистем: полимеризация стирола; удаление и ректификация непро- реагировавшего мономера; грануляция полистирола. Из емкости 1 стирол дозировочным насосом 7 подается через теплооб- менник предварительного подогрева 2на полимеризацию. Полимеризация сти- рола происходит последовательно в трех реакторах, В первом реакторе 3 про- цесс протекает при 110–120 o С, и реакционная смесь выходит с содержанием около 30 % полимера; во втором реакторе 4 процесс полимеризации проходит при 125–135 °С до конверсии мономера 60 %; заканчивается процесс в третьем реакторе каскада 5 при 140–150 °С при суммарной конверсии 80–85 %. Тепло реакции полимеризации снимается через рубашку реактора, испарением моно- мера и охлаждением конденсата в обратном холодильнике 6. Передача реакционной массы из одного полимеризатора в другой и далее в вакуум-камеру 8осуществляется насосами 7 В вакуум-камере удаляется при остаточном давлении 2,0–5,3 кН/м 2 (15–40 мм рт. ст.) непрореагировавший сти- рол. Пары стирола поступают на регенерацию, и затем мономер вновь возвра- щается в емкость 1 и смешивается с исходным сырьем. Расплав полистирола из вакуум-камеры 8поступает в экструдер 9и на грануляцию. Рис. 30. Схема блочной полимеризации полистирола в каскаде реакторов с перемешиванием: 1 – емкость для стирола; 2 – теплообменники; 3–5 – полимеризаторы (реакторы); 6 – холодильники; 7 – насосы; 8 – вакуум-камера; 9 – экструдер с гранулятором 213 Одним из существенных недостатков процесса с неполной конверсией мономера является образование стирального конденсата при отгонке непрореа- гировавшего стирола. Утилизация конденсата осуществляется по одному из вариантов: 1) очистка ректификацией с получением стирола со стандартными пока- зателями качества; 2) полимеризация стирола с получением полистирола для изделий менее ответственного назначения. Производство полистирола в рассматриваемом случае входит в состав нефтехимического комплекса, поэтому имеется возможность совместить ста- дию очистки конденсата с ректификацией массы дегидрирования стирола (см. разд. 11.5). Такое совмещение процессов обеспечивает снижение энергети- ческих затрат на очистку и исключает установку дополнительного оборудова- ния в ХТС по производству полистирола. 11.7. Переработка нефтяного попутного газа (НПГ) Классификация способов разделения Основные способы выделения целевых углеводородов из НПГ или при- родных газов – этот низкотемпературная конденсация (НТК), низкотемператур- ная ректификация (НТР) и низкотемпературная абсорбция (НТА). Процесс низкотемпературной конденсации (НТК) наиболее широко рас- пространен в газовой промышленности при обработке конденсатосодержащих газов. Установки, предназначенные для извлечения из газа тяжелых углеводо- родов процессом НТК на промыслах, на практике принято называть установка- ми низкотемпературной сепарации (НТС). Процессы НТК (НТС) используются также в схемах установок низкотемпературной абсорбции (НТА) как их пред- варительная стадия. Процессы НТК и НТР состоят из следующих стадий: компримирование газа до относительно высоких давлений: 3,5; 5,7 и 7,5 МПА; 214 осушка газа жидкими или твердыми поглотителями влаги; последующее охлаждение сжатого и осушенного газа до низких тем- ператур в пределах от –10 до –100 °С; разделение образовавшейся газожидкостной смеси углеводородов на деэтанизированный конденсат (нестабильный газовый бензин или ШФЛУ) и несконденсировавшийся газ. Такое разделение может быть осуществлено на одноколонной или двухколонной установке; разделение ШФЛУ на необходимые товарные углеводородные состав- ляющие. Три первоначальные стадии процесса − общие как для НТК, так и для НТР. Отличие между ними заключается в четвертой стадии. Если в схеме НТК в первую ректификационную колонну поступает только отсепарированный конденсат, то в схеме НТР в колонну поступает вся газожидкостная смесь. В установках НТА осуществляется поглощение газов и/или паров из газо- вых смесей жидкими поглотителями при отрицательной температуре (от –10 до –40 °С), причем газ и абсорбент подвергаются предварительному охлаждению обратными потоками газа и абсорбента, а также специальными хладоагентами. Абсорбцию проводят в вертикальном цилиндрическом аппарате − абсор- бере. Контакт между газом и абсорбентом происходит на барботажных тарел- ках, смонтированных внутри абсорбера, причем газ поднимается снизу вверх, а абсорбент стекает сверху вниз. Общая схема переработки нефтяных попутных газов Наиболее распространенной практикой в утилизации попутного газа яв- ляется доставка его по существующим трубопроводам на газоперерабатываю- щие заводы (ГПЗ). На ГПЗ производится разделение НПГ на углеводородные составляющие и переработка в ценное сырье для химической и нефтехимиче- ской промышленности. Переработка нефтяных попутных газов схематично изображена на рис. 31. Получаемый таким образом ШФЛУ и стабильный конденсат являются, в свою очередь, исходным сырьем для производства следующих продуктов: 215 сжиженных газов для коммунально-бытового потребления; пропановой, изобутановой, бутановой, изопентановой, пентановой фракций, используемых в качестве сырья для нефтехимического сырья; дизельного топлива, авиакеросина, автомобильного бензина, раство- рителей, флотореагентов и котельного топлива. Рис. 31. Обобщенная схема переработки нефтяных попутных газов Так перерабатывается до 40 % российских НПГ. Большие объемы перера- батываемого газа и сосредоточение в одном месте нескольких технологических процессов позволяют добиться неплохих показателей по энергозатратам на Подготовка газа Га з из с кв ажи ны Газоперерабатывающий завод Ш ФЛУ Ст аб ил ьны й г аз ов ы й ко нд енса т Этано ва я фр ак ц ия С ух ой г аз к омм уна льно - б ытов ог о на зна чени я Эл еме нт ар на я се ра ме рк ап та ны Осушка, фильтрация от механических примесей Отделение жидкости Извлечение тяжелых угле- водородов (УВ) Сепарация, очистка, ком- примирование, осушка отбензи- нивание, фрак- ционирование Фракционирование С ПБТ СГБ Сжижение С С ОГ 216 единицу вырабатываемой продукции. Однако далеко не со всех источников можно доставить по трубопроводу НПГ до ближайшего ГПЗ или ближайшего уже существующего трубопровода в силу того, что строительство газопроводов для перекачки сырья сравнительно небольших объемов экономически нецеле- сообразно. На сегодняшний день единственной альтернативой трубопроводной транспортировке НПГ является сжижение и разделение попутного газа на угле- водородные составляющие прямо в месте добычи. Для этих целей необходимо легко транспортируемое и монтируемое обо- рудование в блочно-модульном исполнении. Стоимость оборудования и его эксплуатационные затраты должны обеспечить окупаемость оборудования и получение прибыли за время жизни источника попутного газа. Разработанные много лет назад способы разделения попутных газов ис- пользуются как на ГПЗ, так и (в модернизированном виде) на малогабаритных установках переработки газа. Оценка эффективности инвестиционного проекта по утилизации попутного нефтяного газа в Кондинском районе (ХМАО-Югра, Россия) представлена в Приложении. Низкотемпературная абсорбция (НТА) Физическая сущность процесса абсорбции заключается в достижении равновесия между взаимодействующими потоками газа и жидкости за счет диффузии (переноса) вещества из одной фазы в другую. Движущая сила диф- фузии определяется при прочих равных условиях разностью парциальных дав- лений извлекаемого компонента в газовой и жидкой фазах. Если парциальное давление компонента в газовой фазе выше, чем в жидкой, то происходит про- цесс абсорбции (поглощение газа жидкостью). И наоборот: если парциальное давление компонента в газовой фазе ниже, чем в жидкой, происходит процесс десорбции (выделение газа из жидкости). Процесс разделения газа методом абсорбции производят в абсорбцион- ных и ректификационных аппаратах тарельчатого и насадочного типа. При на- личии технологического контура абсорбер – десорбер можно организовать по- глощение из газа соответствующих компонентов в абсорбере и выделение их в 217 десорбере. Извлеченные из насыщенного абсорбента углеводороды отводят из верхней части десорбера и направляют на следующую ступень переработки. Регенерированный абсорбент отводят с низа десорбера и подают в абсорбер для повторного использования. В настоящем разделе приводятся технологические схемы процессов, кото- рые используются для выделения целевых углеводородных продуктов из неф- тяных и природных газов: низкотемпературной абсорбции (НТА); низкотемпературной конденсации (НТК); низкотемпературной ректификации (НТР). На рис. 32 приведена типичная схема блока НТА для выделения из соста- ва исходного газа ШФЛУ. Исходный газ после предварительной очистки от капельной (свободной) жидкости и механических примесей компримируется, осушается до необходи- мой точки росы и подается под нижнюю тарелку абсорбера 1 (узлы сепарации, компримирования и осушки на схеме не показаны), на верхнюю тарелку пода- Рис. 32. Типичная схема блока НТА: 1 – абсорбер; 2 – абсорбционно-отпарная колонна; 3 − десорбер; 4, 5 – регене- ративные теплообменники; 6, 8 – холодильники; 7 – воздушный (или водяной) холодильник; 9 – рефлюксная емкость; 10 – подогреватель 218 ют регенерированный абсорбент. В этом аппарате из газа извлекают целевые компоненты некоторое количество нежелательных углеводородов (метан, этан). С верха абсорбера 1 отводят сухой газ, с низа – насыщенный абсорбент, который представляет собой смесь тощего абсорбента с извлеченными углево- дородами. Сухой газ направляют потребителю, насыщенный абсорбент подают в питательную секцию абсорбционно-отпарной колонны (АОК) 2 (узел демета- низации и деэтанизации). В АОК из насыщенного абсорбента удаляют легкие углеводороды (метан, этан). Для сокращения потерь пропана с сухим газом и обеспечения наиболее полной деэтанизации насыщенного абсорбента на верх- нюю тарелку АОК подают регенерированный абсорбент, а в нижнюю кубовую часть АОК подводят тепло. С верха АОК выводят сухой газ (метан + этан), с низа – насыщенный аб- сорбент, который нагревают в теплообменнике 4 и подают в питательную сек- цию десорбера 3. С верха десорбера получают смесь пропан + высшие углево- дороды. ШФЛУ конденсируется в воздушном или водяном холодильнике 7 и по- ступает в рефлюксную емкость 9, из которой часть ШФЛУ подают в качестве орошения на верхнюю тарелку десорбера 3, а избыток направляют на дальней- шую переработку (выделение необходимых фракций). Тепло в нижнюю часть десорбера 3 подводят за счет циркуляции абсорбента, стекающего с нижней та- релки десорбера через подогреватель 10. Регенерированный абсорбент выводят с низа десорбера 3, охлаждают в регенеративных теплообменниках 4, 5 и в хо- лодильниках 6, 8, после чего подают в абсорбер 1 и АОК 2. Далее ШФЛУ может быть разделено на необходимые углеводородные со- ставляющие. Низкотемпературная конденсация (НТК) Технологические схемы переработки попутного нефтяного газа по спосо- бу низкотемпературной конденсации (сепарации) могут классифицироваться по числу основных ступеней сепарации, виду источников холода, виду выпускае- мого целевого продукта. 219 По числу ступеней сепарации современные схемы (НТК) можно разде- лить на одно-, двух- и трехступенчатые. На каждой ступени обязательно выво- дится жидкая фаза. По виду источников холода схемы НТК можно разделить на схемы с внешним холодильным циклом; с внутренним холодильным циклом; схемы, в которых источником холода являются и внешний, и внутренний холодильные циклы. Внешний холодильный цикл не зависит от технологической схемы и имеет собственный хладоагент. В зависимости от вида хладоагента внешние холодильные циклы можно разделить на две группы: с однокомпонентным хладоагентом, с многокомпонентным (смешанным) хладоагентом, которым обычно является смесь легких углеводородов. Внешние холодильные циклы с применением двух и более однокомпонентных хладоагентов называются кас- кадными холодильными циклами. Во внутренних холодильных циклах холод получают за счет технологи- ческих потоков самой схемы переработки газа. Внутренний холодильный цикл можно разделить на группы: с дросселированием технологических жидких потоков; с узлом детандирования; холод и низкие температуры получают за счет термодинамически эффективного процесса изоэнтропийного расши- рения газа. В схемах НТК по переработке нефтяных попутных газов на первой сту- пени газ охлаждается до температуры порядка –30 °С, здесь применяют обычно пропановый холодильный цикл. На второй ступени для получения более низ- ких температур – дросселирование жидких потоков, получаемых в самом про- цессе, или детандирование частично отбензиненного газа. На рис. 33 приводится технологическая схема процесса НТК. |