Проектирование узла дегидрирования пропана по товарному пропилену мощностью 560 тыс тонн в год

Своим развитием промышленность органического синтеза прогнозирует увеличение спроса на химическую продукцию, прежде всего, на полимеры (по-лиолефины). Полиолефины позволяют сочетать в готовом изделии низкую стоимость, долговечность и маленький вес [3]. Наиболее важные представители данного класса - полиэтилен, полипро-пилен. Полипропилен по объему производства занимает третье место. Первое место принадлежит полиэтилену низкой плотности, полиэтилен высокой и средней плотности занимает второе место.

---

Студенты спрашивают: где лучше всего заказать написание контрольной работы по обществу? Мы знаем ответ на этот вопрос. Заказывайте контрольные работы в Work5! 100% оригинальность, кратчайшие сроки и высочайшее качество работ - это наши стандарты!

---

. Полипропилен применяют: - для изготовления литьевых конструкционных деталей, используемых в основном в автомобилестроении; - в производстве бытовых приборов (труб и т.д.) - в производстве предметов домашнего обихода (пластиковых стаканчи-ков и т.д.); - для производства плёнок (особенно упаковочных) - для производства тары, мешков; - для выработки нетканых материалов (волокон и канатов); - для получения электроизоляционного материала; - в строительстве для вибро - и шумоизоляции межэтажных перекрытий в системах «плавающий пол». При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизу-ющиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению, и т.д. [2]. В настоящее время в мире наблюдается перепроизводство полипропиле-на. Отечественное производство полипропилена началось в 1981 году на Томском нефтехимическом комбинате (ныне «Сибур»). В 1990-е годы установки по производству полипропилена были построе-ны на Московском Нефтеперерабатывающем заводе («Газпром нефть» и «Сибур») и «Уфаоргсинтез» («Башнефть»). В 2007 году производство полипропилена открылось на будённовском Ставролене («Лукойл»), а в 2013 году на омском Полиоме. Крупнейшее российское производство полипропилена открылось 15 ок-тября 2013 года - это принадлежащий «Сибур» завод «Тобольск-Полимер». В момент запуска тобольского завода он входил в пятёрку самых мощ-ных в мире (ещё два завода имели такую же мощность). Это один из крупней-ших проектов в сфере импортозамещения в масштабах не только Тюменской области, но и России в целом. Тюменская область и Тобольск приобрели статус крупнейшего производителя полипропилена в России [38]. Предприятие рассчитано на производство 510 000 тонн пропилена в год методом дегидрирования пропана. Мощности прочих российских заводов по выпуску полипропилена не превышают 250 000 тонн в год. Мономером полипропилена является пропилен. В настоящее время в России существует дефицит мономерного углеводо-родного сырья. Внутренние производственные мощности не обеспечивают спрос по этилену и пропилену. Это является следствием того, что существую-щих мощностей для их производства недостаточно. В результате чего доля им-порта составляет около 30%. Из вышесказанного прослеживается актуальность выбранной темы ВКР. Изучению реакций каталитического дегидрирования углеводородов по-священы работы ряда советских ученых: Н. Д. Зелинского, А. А. Баландина и других.

Полипропилен — это химическое вещество, которое получают в ре-зультате химического преобразования пропилена (горючего газа). По сво-им свойствам он схож с полиэтиленом, но последний более плотный, менее твердый и термостойкий. Полипропилен широко используется в производ-стве упаковочных материалов. Мономером полипропилена является пропилен. Получение значительной части ключевых промежуточных соединений (мономеров) для производства полимеров приходится на долю процессов дегидрирования. Существующие способы дегидрирования имеют недостатки. А именно при прямом дегидрировании отмечено наличие жестких термодинамических ограничений. Окислительное дегидрирование, более выгодное с термодинамической стороны, однако характеризуется низкой селективностью по целевому про-дукту за счет образования кислородсодержащих соединений. Решением этих проблем является проведение процессов дегидрирова-ния в каталитических мембранных реакторах с селективным удалением во-дорода и его последующим окислением во внешней части реактора. В мембранном реакторе с плотной мембраной селективное удаление водорода из реакционного объема позволяет существенно улучшить пока-затели процесса дегидрирования углеводородов, в том числе выход целево-го продукта. В случае пропана значения выхода пропилена возрастают до 64.5% при температуре наружной стенки реактора 500 °C. Несмотря на то, что в последнее десятилетие работы, посвященные разработке мембранных технологий, получили широкое распространение, применение мембран на практике ограничено. Отсутствие проработанных рекомендаций по параметрам мембран и мембранных реакторов, а также влиянию этих параметров на характери-стики процессов в реакторах является сдерживающим фактором промыш-ленного внедрения мембранных технологий. Необходима методика расчета оптимальных параметров, которые могли бы обеспечить наибольшую эффективность мембранного реактора для каждого конкретного процесса. Поэтому актуальной является разработка теоретических основ прове-дения процессов дегидрирования в каталитических мембранных реакторах, что позволит разработать рекомендации по параметрам мембраны, по па-раметрам проводимого процесса, а также по параметрам реактора для до-стижения наилучших показателей процесса, и сформулировать предложе-ния по оптимальной работе мембранного реактора промышленного уров-ня. Наибольшей надежностью обладают математические модели, осно-ванные на фундаментальных законах химической кинетики и термодинами-ки. При моделировании сложных химических процессов от правильного описания механизма и кинетики превращения углеводородов на поверхно-сти катализаторов зависит точность проводимых расчетов. Таким образом, основная трудность, возникающая при разработке математической модели сложного реакторного процесса, заключается: во-первых, в необходимости учета реакционной способности индиви-дуальных углеводородов при составлении агрегированной схемы превра-щения, а во-вторых, определение кинетических параметров описываемых реакций. Цель исследования создать кинетическое описание процесса дегидри-рования в мембранном каталитическом реакторе. В работе проведён анализ технологию производства полипропилена дегидрированием пропана «Oleflex». Исследования дегидрирование пропана в мембранном реакторе пока-зало, что происходит перераспределение реагента и продуктов реакции между ретантом и пермеатом, благодаря чему степень превращения и се-лективность в мембранном реакторе увеличиваются. Математическая модель каталитического мембранного реактора с плотной мембраной описывается системой уравнений (раздел 4). Предложенная математическая модель адекватно описывает экспери-ментальные данные, полученные в каталитическом мембранном реакторе: средняя относительная погрешность расчетных значений при математиче-ском описании тепло- и массопереноса в мембранном реакторе в целом не превышает 13.5%. Сопряжение процесса дегидрирования углеводородов и окисления водорода позволяет существенно сместить равновесие в сторону образова-ния целевых продуктов, за счет чего процесс может быть реализован при более низкой температуре наружной стенки реактора. В случае пропана температура стенки реактора может быть снижена на 100 °С. Проведение процесса дегидрирования пропана в мембранном реакто-ре промышленного уровня при оптимальных параметрах позволяет до-стичь значения конверсии пропана 75% при селективности по пропилену 97%, что превышает показатели, получаемые за один проход в действую-щих промышленных аппаратах, но при более высоких температурах. Промышленная реализация процесса дегидрирования пропана в мем-бранном реакторе позволяет снизить количество трубчатых элементов в 3.3 раза по сравнению с вариантом проведения процесса без отвода водорода в реакторе аналогичной геометрии при объеме производства 560 тонн про-пилена в год. Тем самым повыситься эффективность работы реакторного блока без крупных финансовых затрат или модернизации действующего оборудова-ния. Суммируя проведенный обзор, можно сделать вывод, что поиск но-вых подходов для реализации процессов дегидрирования пропана в КМР по-прежнему остается актуальным.

1. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. 2. ГОСТ 25043-2013. Пропилен. Технические условия. 3. ГОСТ 26996-86. Полипропилен и сополимеры пропилена. Тех-нические условия. 4. ГОСТ 24975.0-89. Этилен и пропилен. Методы отбора проб. 5. Аидреас Ф. Химия в технология пропилен / Ф. Аидреас, К. Гре-бе, пер. с нем. - Л., 1973. 6. Артеменко А. И. Органическая химия - М.: Высшая школа - 1998. 7. Борукаев Т.А. Конспект лекций по курсу «МОНОМЕРЫ» для бакалавров, обучающихся по специальности 240100.62 «Химическая тех-нология» и специалистов, обучающихся по специальности 020201.65 «Фундаментальная и прикладная химия». – Нальчик, 2014 - 81 с. 8. Дьячкова Т.П. Химическая технология органических веществ: учеб. пособие / Т.П. Дьячкова, В.С. Орехов, М.Ю. Субочева, Н.В. Воякина. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 172 с. 9. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономарёвой. - Л.: Химия. - 1983. - 232 с. 10. Кренцель Б. А. Кристаллические полиолефины. / Б. А. Кренцель, В. И. Клейнер // Итоги науки и техники. - М., 1974. - Т. 5. 11. Методические указания по выполнению выпускной квалифика-ционной работы (дипломного проекта) обучающимися специальностей 240401.65 «Химическая технология органических веществ», 240801.65 «Машины и аппараты химических производств» и направлений подготовки 12. 240100.62 «Химическая технология» и 241000.62 «Энерго и ре-сурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии, био-технологии» всех форм обучения/сост. Г.И. Егорова, А.Г. Мозырев; Тю-менский государственный нефтегазовый университет. – Тюмень: Издатель-ский центр БИК, ТюмГНГУ,2014. – 32 с. 13. Нейланд, Н. Я. Органическая химия: учебник - М.: Высшая школа, 1990. -758 с. 14. Основные процессы и аппараты химической технологии: посо-бие по проектированию / под ред. Ю.Н. Дытнерского – Химия.-1986 - 496 с.; 15. Перепёлкин В.П. Полипропилен, его свойства и методы перера-ботки. - Л.: ЛДНТП, 1963. - 256 c. 16. Петров И.Я. Структура и каталитические свойства нанесенных оксидномолибденовых, оксиднованадиевых и оксиднохромовых катализа-торов дегидрирования углеводородов. Неокислительное и окислительное дегидрирование углеводородов на нанесенных оксиднованадиевых катали-заторах / И.Я. Петров, Б.Г. Трясунов // Вестн. Кузб. гос. техн. ун-та. 2008. № . С.76-86. 17. Платэ Н.А. Основы химии и технологии мономеров: учеб. посо-бие / Н.А. Платэ, Е.В. Сливинский. – М.: Наука: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002.- 696с. 18. Справочник химика / под ред. Б.П. Никольского - Л.: Химия, Том 2. 3-е изд. испр. 1971 г. - 1168 с. 19. Сраго, И.А. Химическая термодинамика и химическое равнове-сие учеб. пособие / И.А. Сраго, Т.С. Шахпаронова, В.Е. Коган.- Санкт-Петербург: И. СЗТУ.-2007. - 64 с. 20. Степин Б. Д. Органическая химия: учеб. пос. / Б. Д. Степин, А. А. Цветков - М.: Высшая школа – 1994. 21. Стрельцов С. Г. Получение и применение каталитических мем-бран дегидрирования пропана: диссертация ... кандидата химических наук:- Москва, 2007. - 118 с. 22. Стрельцов С.Г. Дегидрирование пропана на молибден керами-ческом катализаторе: наблюдение кинетики / С.Г. Стрельцов, В.В. Скудин // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Переработка угле-водородного сырья. Комплексные решения» (Левинтеровские чтения). Са-мара, 2006. - С. 114. 23. Стрельцов С.Г. Получение каталитически активных неорганиче-ских мембран с селективным слоем на основе молибдена для дегидрирова-ния пропана в мембранном каталитическом реакторе // С.Г. Стрельцов, В.В. Скудин // Материалы Международной конференции «Перспективы разви-тия химической переработки горючих ископаемых» (ХПГИ-2006). Санкт-Петербург. 12-15 сентября. 2006. С. 69. 24. Стрельцов С.Г. Дегидрирование пропана на молибденкерамиче-ском катализаторе: кинетика / С.Г. Стрельцов, В.В. Скудин // Тезисы до-кладов Международной конференции по химической технологии ХТ' 07. Москва, 2007. - Т.3. - С. 336. 25. Стромберг А.Г. Физическая химия: учеб. для хим.-технол. спец. вузов / под ред. А. Г. Стромберга. - 2-е изд.—М.: Высш. шк., 1988. – 496 с. 26. Тимофеев В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Высшая школа.-2003. - 536 с. 27. Ушева Н.В. Математическое моделирование химико-техноло-гических процессов: учебное пособие / Н.В. Ушева О.Е. Мойзес, О.Е. Митя-нина, Е.А. Кузменко; Томский политехнический университет, - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014 – 135 с. 28. Шелепова Е.В. Экологический и энергетический аспекты процес-са дегидрирования пропана при его реализации в мембранном реакторе / Е.В. Шелепова, А.А. Ведягин // Альтернативная энергетика и экология, 2011. – №.2. – C. 98-101. 29. Шелепова Е.В. Процессы дегидрирования углеводородов в ре-акторах мембранного типа; Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Новоси-бирск, 2016. - 182 с. 30. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза.- М.: Химия, 1968 – 848 с. 31. Schafer R., Noack M., Kolsch P., Thomas S., Seidel-Morgenstern A., Caro J. Development of a H2-selective SiO2-membrane for the catalytic de-hydrogenation of propane // Sep. Purif. Technol. – 2001. – Vol. 25. – P. 3-9. 32. Collins P. et al. // Ind. Eng. Chem. Res. – 1996.– 35. – С. 4398-440. 33. Gobina E., Hou K., Hughes R. Ethane dehydrogenation in a catalyt-ic membrane reactor coupled with a reactive sweep gas // Chem. Eng. Sci. – 1995. – V.50. – No.14. – P. 2311-2319. 34. Kirk-Othmer encyclopedia, 3 ed., v. 19, N.Y., 1982, p.228-46. 35. Schafer R., Noack M., Kolsch P., Stohr M., Caro J. Comparison of different catalysts in the membrane-supported dehydrogenation of propane // Catal. Today. – 2003. – Vol. 82. – P. 15-23. 36. Vrieland G.E., Menon P.G. Nature of catalytically active carbona-ceous sites for the oxydehydrogenation of ethylbenzene to styrene. // Appl. Catal. -1991. -V. 77. № 1. - P. 1-8. 37. Yildirin Y., Hou K., Hughes R. // 6th Intern. Conference on Inorgan-ic Membranes (ICIM-2000), Montpellier, France, June 26-30. 2000.– C 132. 38. Еisele P., Killpack R. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemis-try, 6th ed. - Villey-CCH, Weinheim, 1998. 39. Море пластика из Тобольска // Эксперт: журнал.- М., 2013. - № 42. 40. Постановление Совета Министров Союзного государства от 29 сентября 2015 г. №10 «О прогнозных балансах спроса и предложения по важнейшим видам продукции Союзного государства на 2016 год» / [Элек-тронный ресурс] // ГАРАНТ. 41. Способ окислительного дегидрирования легких парафинов: пат 2299190 (RU). МПК B01J / Бальжинимаев Б.С. (RU); Паукштис Е.А. (RU); Загоруйко А.Н. (RU); Симонова Л.Г. (RU); Кузнецова Нина Ивановна (RU); Юдина Е.С. (RU). Патентообладатель(и): Институт катализа им. Г.К. Борес-кова Сибирского отделения Российской Академии наук (RU): опубл. 20.05.2007. 42. Способ получения пропилена термическим или окислительным дегидрированием пропана, катализатор, реактор для получения пропилена термическим дегидрированием пропана и реактор для получения пропиле-на окислительным дегидрированием пропана: пат 2344116 (RU). МПК C07C5/333 - каталитические способы; C07C11/06 - пропен; B01J8/04- в при-сутствии жидкости или газа, пропускаемых последовательно через два или более слоя; B01J21/16 - глины или прочие минеральные силикаты / Соколов Д.Н. (RU), Барелко В.В (RU), Быкова Н В (RU), Быков Л. А. (RU), Диденко Л. П. (RU) Дорохов В.Г. (RU). Патентообладатель(и): Некоммерческая ор-ганизация Учреждение Институт химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения) ИПХФ РАН (RU)Общество с ограниченной ответственностью «Химфист» (RU): заявка 22.03. 2007; опубл. 20.01.2009. 43. Мембранный реактор и способ получения алкенов каталитиче-ским дегидрированием алканов: пат. 2381207 (RU). С2. МКП C07C5/32 де-гидрированием с образованием свободного водорода B01D63/06 трубча-тые мембранные элементы / Петинов В.И. (RU); Лаврентьев И.П. (RU); Бур-лаков А.И. (RU). Патентообладатель(и): Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) (RU): заявка 02.04.2008 опубл.10. 02.2010. 44. Способ получения мембранного катализатора и способ дегид-рирования углеводородов с использованием полученного катализатора (RU): пат. 2497587 (RU). МКП C07B35/04 - дегидрирование; B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур; B01J23/40 - металлов группы платины; B01J21/18 - углерод; B01D71/00 - Полупроницаемые мембраны для процессов разделения или устройств, отличающиеся материалом для их изготовления; способы изготовления, специально предназначенные для этих целей / Терещенко Г.Ф. (RU); Карпачева Г.П. (RU); Земцов Л. М. (RU); Ер-милова М.М. (RU); Орехова Н.В. (RU); Ефимов М.Н. (RU). Патентооблада-тель(и): Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Орде-на Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) (RU): заявка 11.11.2011; опубл. 10.11.2013. 45. Технологическая схема нового реактора дегидрирования про-пана до пропилена: пат 2573523 (RU). С2. МПК C07C 5/333 (2006.01); C07C 11/06 (2006.01); B01J 8/18 (2006.01); B01J 38/32 (2006.01). / ТАУЛЕР Гэвин П. (US), ЦИММЕРМАН Синтия К. (US). Патентообладатель(и): ЮОП ЛЛК (US) - № 2012143966/04; заявка 25.01.2011; опубл: 20.07.2014. Бюл. № 20.