WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Школа Инженерная школа природных ресурсов Направление подготовки 18.03.01 Химическая ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Школа Инженерная школа природных ресурсов

Направление подготовки 18.03.01 Химическая технология

Отделение школы (НОЦ) Отделение химической инженерии

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Тема работы Проект производства этилена пиролизом этановой фракции .

УДК 661.716.2.32:661.716.1.2.097-977.001.6 Студент Группа ФИО Подпись Дата З-2Д31 Родиков Павел Германович Руководитель Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Доцент Бондалетова к. х. н., доцент Людмила Ивановна

КОНСУЛЬТАНТЫ:

По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Доцент к.э.н .

Рыжакина Татьяна Гавриловна По разделу «Социальная ответственность»

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Доцент к.х.н .

Король Ирина Степановна

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:

Руководитель ООП ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Доцент к.х.н .

Волгина Татьяна Николаевна Томск – 2018 г Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Школа Инженерная школа природных ресурсов Направление подготовки (специальность) 18. 03.01 Химическая технология Отделение школы (НОЦ) Отделение химической инженерии

УТВЕРЖДАЮ:

Руководитель ООП

–  –  –

Социальная ответственность Король Ирина Степановна Финансовый менеджмент, Рыжакина Татьяна Гавриловна ресурсоэффективность и ресурсосбережение Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном языках:

–  –  –

Школа Инженерная школа природных ресурсов Направление подготовки (специальность) 18.03.01 Химическая технология Уровень образования бакалавриат Отделение школы (НОЦ) Отделение химической инженерии

–  –  –

Задание принял к исполнению студент:

Группа ФИО Подпись Дата З-2Д31 Родиков Павел Германович РЕФЕРАТ Дипломная работа в количестве 126 стр., 13 рисунков, 47 таблиц, 3 приложения, 46 литературных источников, 3 графич. материала .

Ключевые слова: этилен, печь пиролиза этана, конвективная камера, радиантная камера, пиролиз .

Объектом разработки установка пиролиза этановой фракций .

Целью работы является инженерный расчет установки пиролиза этановой фракции .

Произвел расчет материального, теплового баланса основного и вспомогательного оборудования .

Вырабатываемый этилен предназначается для получения полиэтилена, поливинилхлорида, окиси этилена, этилового спирта, этилбензола, уксусного альдегида и других продуктов органического синтеза .

ABSTRACT

Thesis in the amount of 126 p., 13 figures, 47 tables, 3 appendices, … references, 3 graphic.material .

Key words: ethylene, pyrolysis oven gasoline, the convective chamber, a radiant chamber, a pyrolysis .





The proposed development facility pyrolysis ethane .

The aim of the work is the engineering calculation of the ethylene production by ethane pyrolysis .

The ethylene produced is intended to produce polyethylene, polyvinyl chloride, ethylene oxide, ethyl alcohol, ethyl benzene, acetic aldehyde and other products of organic synthesis .

ВВЕДЕНИЕ

1 Теоретическая часть

1.1 Характеристика этилена

1.2 Способы получения этилена

1.2.1 Получение этилена из этанола

1.2.3 Производство этилена из этана

1.2.4 Пиролиз с применением катализаторов

1.2.5 Некаталитический способ получения этилена из этана и диоксида углерода

1.2.6 Окислительный пиролиз этана

1.3 Физико-химические основы процесса пиролиза

1.4 Конструкции аппаратов

1.4.1 Печь с вертикальным расположением змеевика

1.4.2 Многопоточная печь

1.5 Термодинамика процесса

1.6. Модели печи

1.6.1 Модель печи идеального смешения

2. Характеристика производства

2.1 Основные физические свойства этилена

2.2 Химические свойства этилена

2.3 Исходные данные

2.4 Характеристика исходного сырья

2.5 Технологическое оформление процесса

2.6 Технологический процесс и его описание

4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 71

4.1.Потенциальные потребители результатов исследования

4.2 SWOT-АНАЛИЗ

4. 3 Организация и экономика производства установки пиролиза этана... 72

4.4. Расчет производственной мощности

4.5 Режим работы работающих

4.6 Организация оплаты труда

4.7 Расчет затрат на производство продукции

4.8 Расчет годовой потребности в сырье и материалах

4.9 Расчет годовой потребности в электроэнергии

4.10 Основные фонды предприятия. Расчет амортизационных отчислений.

4.11Планирование себестоимости продукции

4.12 Калькуляция себестоимости 1 тонны продукции

4.13 Определение цены готовой продукции

4.14 Анализ безубыточности по действующему производству

4.6. Определение потребности в инвестициях в проектном году.................. 93

4.15 Срок окупаемости инвестиций

ВВЕДЕНИЕ Полное наименование производства крупнотоннажное производства этилена методом пиролиза этана. В течение последних 30 лет в сырьевой базе отечественной и мировой нефтехимии ведущая роль принадлежит низшим олефинам - этилену и пропилену. Основным источником их производства служит процесс термического пиролиза углеводородов с водяным паром .

Именно на установках пиролиза получают сегодня первичные продукты, обеспечивающие сырьем производства пластических масс, синтетических смол, каучуков и волокон. Современный процесс производства низших олефинов - термический пиролиз углеводородов с водяным паром выделился из процессов нефтепереработки и превратился в основной промышленный метод получения этилена и пропилена в период 1920-1940 гг .

В настоящее время наибольшее распространение в мировой нефтехимии получил процесс термического пиролиза этана в трубчатых печах, достигший практически предельного выхода целевого продукта .

Актуальность работы состоит в том, что для увеличения объемов производства этилена, необходимость которого расчет все большими темпами, необходимо спроектировать установку .

Объектом исследования является процесс производства этилена .

Предметом исследования является расчет печи пиролиза этана и закалочно-испарительных аппаратов .

Практической значимостью работы является то, что результаты исследования можно использовать для проектирования установки .

1 Теоретическая часть

Рынок этилена в России и в мире растет большими темпами. Одной из причин роста, безусловно, является увеличение использования данного вещества как мономера для производства крупнотоннажных полимеров, например, полиэтилена [1] .

Основные производители и объемы производства этилена представлены на рисунке 1.1 [2] .

Рисунок 1.1. Производители этилена в России

Одним из самых распространенных в мире способов получения этилена является процесс термического пиролиза в смеси этановой фракции и водяным паром в трубчатых печах, в связи с достижением высокого выхода требуемой продукции. В этом процессе ранее применялись печи с малой производительностью, которая составляла 4 - 6 тыс. тонн. С течением времени появились печи с более высокой мощностью, имеющие высокое теплонапряжение, малое время пребывания сырья .

На данный момент такие установки отличаются не только большой мощностью, но и высокой степенью утилизации тепла дымовых газов и продуктов .

1.1 Характеристика этилена

Этилен (, структурная формула ) бесцветный горючий газ со сладковатым запахом. Этилен в свободном виде в природе не встречается, его получают в больших масштабах путем переработки органическою сырья. Он является основным сырьевым материалом для получения широкого ассортимента продуктов органического и нефтехимического синтеза, прежде всего полиэтилена и поливинилхлорида, а также полистирола, полиэфиров, оксида этилена и др [2,30,32] .

Впервые этилен был получен голландским химиком И. Денманом в 1795 г. отщеплением воды от этанола концентрированной серной кислотой .

Существуют также указания на то, что этилен был получен Дж. Пристли в 1778 г. пропусканием паров этанола через горячую глиняную курительную трубку — первая известная гетерогенно-каталитическая реакция |2, 32] .

Этилен подвергается полимеризации с получением полиэтилена, пластикового материала, который имеет много применений, в частности, в упаковочных пленках, покрытиях для проволоки, детских игрушках и бутылках. Полимеризацию можно проводить при высоких давлениях и температурах или в результате недавно введенного процесса Циглера, который используется как катализатор. С серной кислотой этилен образует смесь сульфатов, которые могут быть гидролизованы до этилового спирта;

он сочетается с хлором или бромом с получением соответствующих этилендигалогенидов, полезных растворителей и бензиновых добавок .

Реакция этилена и кислорода дает этиленоксид, используемый при производстве антифриза, детергентов и других производных. Этилен и бензол объединяются с образованием этилбензола, который дегидрируют до стирола для использования в производстве пластмасс и синтетического каучука .

В ботанике этилен является растительным гормоном, который ингибирует рост и способствует падению листьев. Однако во фруктах этилен считается созревающим гормоном .

1.2 Способы получения этилена

Существует множество способов получения этилена. Одним из них является высокотемпературный пиролиз .

В настоящее время именно высокотемпературный пиролиз углеводородов стал основным методом для крупнотоннажного производства этилена, так как углеводородное сырье самое доступно, наиболее ниже цена за сырье (по сравнению с другими видами сырья), возможность реализации побочных продуктов (тяжелая смола пиролиза, пироконденсат), возможность вести процесс с достаточно высокой степенью конверсии [2, 24,25] .

Структура сырьевой базы производства этилена в России и зарубежных странах изображено на рисунке 1.2 [39] .

Рисунок 1.2 .

Структура сырьевой базы производства этилена 1.2.1 Получение этилена из этанола Одним из старейших способов получения этилена – дегидратация этанола, протекающая по схеме (1.1), [2]:

, (1.1) Как описано в патенте Gregory Cameron процесс может быть осуществлен в жидкой или газовой фазе в присутствии кислотных катализаторов (серной или фосфорной кислоты, ароматических сульфокислот, кислых солей, например, сульфатов и фосфатов, хлоридов цинка, алюминия и др.). Катализаторами дегидратации могут служить также оксиды алюминия и тория, фосфорный и фталевый ангидриды. Достаточно чистый этилен можно получить, проводя процесс на пемзе, пропитанной пирофосфорной кислотой при 280-300 °С. Выход этилена в процессе составляет примерно 90% при фактическом отсутствии примесей [24.] Процесс получения следующий: этанол насосом подается в испаритель, обогреваемый паром высокого давления и затем в реактор, заполненный активированным оксидом алюминия. Выход этилена за проход составляет 94% при конверсии этанола 99%. Реакционный газ подвергается закалке и водной промывке для удаления непрореагировавшего этанола, а также следов альдегидов и кислот как побочных продуктов. После этого он направляется на отмывку каустической содой для связывания диоксида углерода. Далее газ компримируется, охлаждается и направляется на узел адсорбции «тяжелых» примесей, таких, как бутан и бутадиен, с помощью активированного угля. Содержание этилена в газе после очистки превышает 99 мол., %. Получение этилена из этанола может иметь промышленное значение[2] .

1.2.2 Производство этилена из продуктов переработки нефти Практически весь этилен, производимый в мире, получают из нефтяного сырья. В зависимости от того или иного региона и связанных с этим экономических показателей в качестве сырья могут быть использованы этан, пропан, тяжелые парафины, а также фракции перегонки нефти:

прямогонный бензин, нафта, керосин, газойль. Получение этилена непосредственно из нефти не нашло мирового промышленного применения [2] .

Пиролиз углеводородного сырья с целью получения этилена как целевового продукта проводят при 800- 900 °С и времени контакта 0,2-0,5 с .

Конструкции печей и условия процесса могут существенно меняться в зависимости от состава .

Принципиальная технологическая схема пиролиза бензина (пиролизная печь и ЗИА, так как в данной работе это основной рассматриваемый процесс) частично представлена на рисунке 1.1 .

В трубчатую печь I подают пары бензина и воды для частичного конвертирования кокса и снижения парциального давления сырья. Печь обогревается топливом, подаваемым в специальные горелки. Испарение бензина и воды осуществляется в теплообменниках с использованием тепла топочных газов. Продукты пиролиза выходят из печи с температурой 800С и поступают в закалочный аппарат 2, где за счет испарения водяного конденсата охлаждаются до 650-700 С. Тепло горячих продуктов снимается в котле-утилизаторе 3 с получением водяного пара (10-12 MПa) и охлаждением их до 350-400 °С. Пирогаз охлаждается далее в колонне 4 циркулирующим захоложенным «средним» маслом, отбираемым в виде жидкости с одной из нижних тарелок колонны 4 .

–  –  –

Наилучшим сырьем по выходу этилена и стоимости установки является этан. [2] .

Пиролиз этана проводится в таком режиме, что степень его конверсии составляет 60-65%. Непрореагировавший этан выделяется в системе газоразделения и возвращается на пиролиз. При полной конверсия этана (65% за один проход реактора и рецикл этана) выход продуктов пиролиза, мол. %, следующий: Н2 — 5,5; СН4 — 11,6; С2Н4 — 75,1; С3Н6 — 2,1; С3Н8 — 0,5; С4Н6 — 2,1 С4Н8 — 0,85; С5 (180 °С) — 2,2 [2] .

На рис. 1.2 показан вариант технологической схемы получения этилена пиролизом этана (пиролизная печь и ЗИА) .

Сырьевой и рецикловый этан подаются в секцию конвекционной зоны печи П-1 для подогрева до 150 °С. Подогретый этан поступает в колонну К-1, где он насыщается парами воды при 140 °С до содержания воды 30 мас.% по отношению к этану. Пароэтановая смесь проходит по трем секциям конвекционной зоны печи П-1 и при 670 °С поступает в радиантный змеевик, расположенный в топочной камере. Греется топочная камера собственной метан-водородной фракцией .

Рисунок 1.4 - Получение этилена пиролизом этана П1- трубчатая печь, Т1 – ЗИА, К1 – колонна, С11 – парогенератор .

Потоки: I - пар, II –топливный газ, III- пароэтановая смесь, IV-пирогаз, V – охлажденный пирогаз, VI - сырье .

Пиролиз этана проводится при 830-850С. Степень конверсии этана 60-65% Продукты пиролиза, выходящие из радиантного змеевика, быстро охлаждаются до 370 °С в закалочно-испарительном аппарате Т-1. Тепло снимается за счет генерации пара с давлением 0,4 -12 МПа. Пар с давлением 10 МПа получают, если компрессоры приводятся от паровых гурбин .

Полученный пар отделяется от воды в парогенераторе С-11 и перегревается в одной из секций конвективной зоны печи П-1 .

Выход этилена при пиролизе этановой фракции может составить до 80% [2]. Например, при мощности в 200 тыс. т. этилена в год расход этановой фракции ~270 тыс. т/год [4] .

Одновременно с данным количеством этилена будет получено, тыс .

т/год, 31,2 водородной фракции (90% об. Н2), 17,0 метановой фракции, 15,5 фракции углеводородов С3-С4, 6,3 пироконденсата и тяжелого жидкого топлива .

Ниже, в таблице 1.1 приведены показатели расхода сырья и энергоресурсов на получение 1 т этилена при использовании этана и всех углеводородов С2-С4, содержащихся в природном газе (расходы пара и электроэнергии даны для случая выработки пара высокого давления 10 МПа) и использования его для привода пирогазового компрессора и компрессоров холодильных циклов) [2];

Таблица 1.1 – расход сырья в процессе пиролиза [2] .

Пиролиз Этана Углеводородов Расход:

Сырья, т 1,35 1,63 Электроэнергии, квтч 65,0 85,0 Теплоэнергии, ГДж 8,8 10,6 Азота, 25,0 50,0 Химочищенной воды, 2,5 3,2

–  –  –

Одним из перспективных направлений является гетерогенных катализаторов. На и болей часто используют оксиды переходных металлов или их композиции с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов, нанесенные на носители .

Попытки реализовать пиролиз с использованием катализаторов, позволяющих снизить температуру процесса, повысить выход этилена осуществлялись давно. Для этих целей обычно применяли металлы и их оксиды, которые оказались малоэффективными. К тому же среди практиков до середины 70-х годов прочно утвердилось мнение о том, что катализ при 800 °С невозможен .

К этому времени рядом ученых на Стерлитамакском опытном заводе, в отраслевых научно-исследовательских и проектных институтах: МИНХ, Гипрокаучук, ВНИИОС был накоплен экспериментальный материал и опытные данные об использовании ванадата калия в качестве катализатора процесса пиролиза. Были изучены различные носители и модификаторы этого катализатора и установлено, что оптимальными свойствами обладает катализатор на основе ванадата калия, нанесенного на пемзу или муллитокорундовую смесь, получаемую из фракций корунда и каолина .

Катализатор готовили путем нанесения активной массы на носитель с последующим упариванием полученной массы досуха .

Процесс каталитического пиролиза осуществляли в обогреваемых вертикальных трубах печей специальной конструкции. При 780 °С и времени контакта 0,1-0,2 сек. выход этилена составлял 37-40 %, сумма ненасыщенных углеводородов — 58-62 % мас. на сырье .

Проведенные исследования позволили установить, что при переработке жидкого и газообразного углеводородного сырья выход этилена может быть увеличен на 20-30 % по сравнению с термическим пиролизом при более низких (на 40-60 °С) температурах .

В процессе работы установки каталитического пиролиза в слое катализатора отлагались продукты уплотнения (кокс), которые образуются и в классическом варианте пиролиза. Отлагающийся кокс легко выжигается из катализатора путем подачи паровоздушной смеси при 500-600 °С .

Испытания процесса каталитического пиролиза были проведены на опытной установке производительностью 40-50 кг/час по сырью. В качестве сырья использовали прямогонный бензин или бензин-рафинат. Время непрерывной работы катализатора составляло 1500-2000 часов, выход этилена 35-36 %, т.е почти вдвое выше, чем при термическом пиролизе .

Выход высококипящих продуктов составлял 15-18 %, при этом температуры их кипения были ниже, чем при термическом пиролизе. Экономические показатели процесса каталитического пиролиза свидетельствовали о том, что себестоимость этилена ниже на 10-12 %, а капиталовложения - на 10 % .

В последние годы предложен новый вариант каталитического пиролиза, исключающий применение гранул катализатора, создающих дополнительное гидравлическое сопротивление в реакционной зоне. Эта технология предусматривает использование в реакционной зоне радиантного змеевика обычной трубчатой печи пиролиза плоскостных керамических вставок с нанесенным на их поверхность катализатором в виде SrSO4 (рисунок 1.5) Рисунок 1.5 Схема расположения насадки в трубе змеевика: 1 - насадочное устройство, 2 - пиролизная труба Суммарная совокупность экспериментов по термическому и каталитическому пиролизу этановой фракции (35-160 °С) с разбавлением водяным паром. Проводимые на пилотной установки. Что применение указанной каталитической системы, позволило суммарно увеличить на 12-15 % выход этилена на превращенное сырье при конверсии 90-94 %, уменьшить расходные показатели по сырью на 15-20 %, тем самым снизить себестоимость на 20 %. Однако при применении этого варианта каталитического пиролиза почти в 2 раза снижается выход БД и бензола .

1.2.5 Некаталитический способ получения этилена из этана и диоксида углерода В патенте описан некаталитический способ получения этилена из этана. Реакции некаталитического этан-крекинга проводились в кварцевом реакторе с непрерывным потоком. Реактор выдерживали в трубчатой электрической печи так, чтобы реакционная зона находилась в зоне постоянной температуры печи .

Сырье представляло собой смесь чистого этана и с или без кислорода. Термическое крекинг этана в присутствии проводили в разных условиях процесса с кислородом или без него.. Все соотношения компонентов сырья являются молярными так как объем газообразного сырья (измеренный при 0 ° С и давлении 1 атм) пропускался через единицу объема реактора в час. Температура на входе и выходе реактора были измерены хромел-алюмельными. Максимальная разница в температуре входа и выхода в реактор составляла 7 [5] .

После удаления воды (образованной, в частности, при окислении этана) путем конденсации при 0 сырье и продукты анализировали с помощью газового хроматографа с детектором теплопроводности (TCD) и детектором пламени ионизации (FID) с использованием столбцов Poropak-Q и Spherocarb. Сконденсированная вода из продуктов, была взвешен .

Образование O-содержащих продуктов, отличных от CO, и, не наблюдалось. Рассмотрены экспериментальные проскоки с ошибками в массах C, H и O менее 6%; проскоки с более высокими ошибками были отброшены. Данные о распределении продукта предоставляются для потока продукта без и воды .

Селективность продукта, описанная в этом исследовании, основана на превращении углерода из этана в конкретный продукт [4] .

Основными выводами в данном патенте являются следующие:

1) Наличие в среде реакции оказывает благотворное влияние .

2) В обоих случаях конверсия этана возрастает с увеличение отношения в сырье; этан оказывается активируется в присутствии .

3) При различных условиях процесса превращение этана выше, но селективность по этилену ниже, когда добавляется в поток этанадиоксида углерода, потому что образование СО связано с частичным сжиганием этана. Однако в присутствии и,и, процесс, как ожидается, станет высоко- энергоффективной с большой энергосберегающей способностью для получения этилена из этана [4] .

1.2.6 Окислительный пиролиз этана

На протяжении многих лет интенсивные исследования проводились по альтернативным технологиям производства этилена. Одним из перспективных путей является добавление кислорода к углеводородному сырью. В патенте [5] описан способ окислительного пиролиза этана .

Энтальпия экзотермической реакции окислительных реакций частично компенсирует эндотермичность реакции крекинга. Как сообщается в данном патенте, доступную литературу по окислительному пиролизу можно разделить на три области: ранние работы в некаталитическом окислительном крекинге, кислородсодержащий крекинг фракций тяжелых масел и каталитическое окислительное дегидрирование этана до этилена при более низких температурах [5] .

В патенте [5] сообщается, что эксперименты проводились с использованием газов с чистотой 99,995% для и и 99,5% для этана; пар получали из дистиллированной воды. Перед загрузкой в пустой трубчатый реактор реагенты предварительно смешивали. Используемые реакторные трубки изготавливаются из спеченного плотного а-оксида алюминия, корунда или нержавеющей стали (Incoloy 800) с внешним диаметром 16,0 мм и внутренним диаметром 8,0 мм, как описано в патенте [5] .

По оси реактора была установлена алюминиевая термопарная скважина с внешним диаметром 4,0 мм и внутренним диаметром 2,0 мм. Корундовый реактор и трубки термопары предварительно обрабатывали 60% раствором в течение 1 часа с последующей тщательной промывкой дистиллированной водой и последующим нагреванием на воздухе при 1123 K. Трубу Incoloy 800 предварительно обрабатывали путем контакта со смесью 50% пара в гелия в течение 20 ч при 1123 К для исключения ненужных веществ в среде реакции, как указано в патенте [5] .

Диаметр реактора, длина реактора и общие скорости потока были такими, что допускалось допущение о режиме потока пробки. Поскольку обычно возникают турбулентные режимы потока .

Условия эксперимента, при которых проводились начальные испытания, были подобраны как можно ближе к условиям промышленного применения; это время пребывания 0,1-0,4 с, температура 1173 К, общее давление 141 кПа и отношение этана к пару равно 0,3:1. Для экспериментов по окислительному пиролизу было выбрано исходное молярное содержание кислорода 5 мол.%. Все эти условия были различными, чтобы найти оптимальные условия для сравнения нормального пиролиза с окислительным пиролизом [5] .

Реакция процесса представлена схемой 1.17:

, (1.2) Эффекты добавления кислорода к исходному продукту этанового парового крекинга были исследованы как экспериментально, так и смоделирован компьютерной программе. Данные эксперименты показали, что с увеличение добавления кислорода увеличивает превращение этана .

Выходы этилена незначительно уменьшаются при композициях исходного кислорода выше 5 мол.%, Что является следствием небольшого снижения селективности этилена. Кислород почти полностью превращается в СО, но, вообще говоря, добавление кислорода не оказывает существенного влияния на распределение продукта .

Компьютерное моделирование показало, что добавление кислорода оказывает большое влияние на тепловой эффект реакции крекинга. Тепловой эффект может быть полезен для операций промышленного крекинга тремя различными способами. Время пребывания может быть снижено, что может быть переведено на увеличение пропускной способности. Тяжесть растрескивания этана может быть дополнительно увеличена; до 80% однопроходного этанового превращения достижимо с добавлением 5 мол.% кислорода [5] .

1.3 Физико-химические основы процесса пиролиза

Пиролиз — это процесс деструктивного и целенаправленного превращения углеводородов (предпочтительно нафтеновых) в низшие олефины при температуре выше 750 °С в присутствии перегретого водяного пара с последующим резким охлаждением продуктов до 370 — 420 °С. Для пиролиза характерно глубокое разложение исходного сырья

–  –  –

Печи с вертикальным расположением змеевика появились в середине 60-х. Такая конструкция была обусловлена тем, что трубы змеевика не выдерживали высоких температур и были достаточно хрупкими, поэтому их решили располагать свободно. На рисунке 1.6 можно увидеть примеры таких печей [9] .

–  –  –

Позже, с учетом всем недостатков и преимуществ была разработана многопоточная печь. (Фирма «Kellog») Благодаря этой печи можно проводить процесс пиролиза при температурном интервале 900 – 930С и времени пребывания сырья в трубах, равном 0,03 – 0,1 с .

Змеевики данного вида печей состоят из прямых труб, соединенных на входе коллектором, через который поступает сырье с паром. На выходе два потока объединяются и поступают в ЗИА типа «труба в трубе». Так как время охлаждения пирогаза до температуры, при которой прекращаются вторичные реакции (обычно 650 ) должно быть равным приблизительно 0,1 от времени пребывания потока в змеевике, то только такая сборка змеевиков и ЗИА возможна в данной печи, поскольку любой коллектор пирогаза сильно увеличит время реакции. На рисунке 1.8 представлена многопоточная печь [39] .

–  –  –

, (1.9) где - количество теплоты, выделяемое в процессе горения, – скорость теплоотдачи, – температура газа, – адиабатическая температура пламени,

- температура на входе воздуха .

Это уравнение показывает, как температура газа связана со скоростью теплоотдачи камеры тепловым балансом. Однако также связана с теплопроводностью горячего газа и камеры. Тепловой баланс печи пиролиза представлен на рисунке 1.9 .

–  –  –

Полное математическое описание практических печей чрезвычайно сложно, сочетая аэродинамику, химические реакции и теплопередачу, а компьютерные программы необходимы для детальных решений. Передовые методы расчета можно разделить на зонные методы и методы потока [11] .

Зональные методы используются, когда известна схема тепловыделения из пламени. Они начинают с деления печи и ее стенок на отдельные зоны. Определены эффективные зоны обмена между зонами и рассчитывается радиационный теплообмен, соответствующий заданной схеме теплоотдачи. В методах потока вместо деления пространства на зоны излучение, попадающее в точку в системе, само по себе делится на ряд характерных направлений, представляющих средние значения по заданному телесному углу. Флюсовые методы хорошо подходят для использования в сочетании с современными методами прогнозирования потока текучей среды и схемы смешивания. Возможны одновременные решения уравнений радиационного теплообмена с использованием методов потока и моделей турбулентного течения .

Это самый простой подход к оценке производительности печи. Одной из первых версий является метод Лобо и Эванса (Lobo and Evans, 1939), который использовался в Process Heat Transfer (Kern, 1986). Впоследствии улучшенная версия, выраженная в нечетных терминах, облегчающая расчеты, была представлена в книге «Радиационный теплообмен» (Hottel and Sarofim, 1967). Эти авторы также внесли дополнительные условия, чтобы обеспечить неполное перемешивание и потери на стенках. Их модель, рассмотренная позднее Hottel (1974), по-прежнему составляет основу самых простых процедур расчета (например, Truelove, 1983) [11,12] .

Печь смоделирована в трех зонах, как показано, рис.2.10 а именно:

центральная зона горячего газа, теплоотвод и огнеупорные стенки. Область горения и пространство, занятое горячими продуктами сгорания, объединяются в центральную зону горячего газа (отсюда и альтернативная название «сосредоточенная модель»), которая передает тепло от радиации в теплоотвод, здесь схематично показана в виде трубки, и к огнеупорным стенкам, содержащим печь .

–  –  –

Модель печи идеального смешения основана на комбинации уравнения баланса для печи, а именно (1.10):

, (1.10) где – скорость теплотдачи, - количество теплоты, выделяемое в процессе горения, – адиабатическая температура пламени, температура на входе воздуха, – температура частично охлажденных газов .

И выражение для теплопередачи на приемник на основе модели «пятнистой поверхности», а именно (1.11):

{ }( ) ( ) ( 1.11) () ( ) где - количество теплоты, выделяемое в процессе горения, – константа, – количество теплоты и его скорость, - температура газа,

- температура после излучения,1 – излучаемая способность поверхности,

–способность газа поглощать излучение, Если печь содержит секцию с конвективным нагревом, общий коэффициент теплопередачи можно изменить, чтобы ввести как излучение, так и конвекцию, так как (1.12) .

{ }, (1.12) () ( )

–  –  –

Этилен является чрезвычайно важным веществом в нефтехимической промышленности [8]. Он может подвергаться многим типам реакций, с помощью которых получают множество химических продуктов .

Некоторые из его основных реакций включают: 1) полимеризацию, 2) окисление, 3) галогенирование и гидрогалогенирование, 4) алкилирование, 5) гидратацию, 6) олигомеризацию и 7) оксо - реакцию [6] .

2.3 Исходные данные Производительность установки по этилену 270000 т/г;

годовой фонд рабочего времени 8500 ч;

Соотношение водяной пар: этановая фракция = 0,5: 1,0 в массовом отношение ;

температура процесса 845 °С .

Годовой фонд рабочего времени рассчитывается:

Среднее количество дней в году составляет 365 .

–  –  –

2.5 Технологическое оформление процесса Благодаря надежности и легкости регулирования, а также простоте аппаратурного оформления, наибольшее распространение в России и в мире получил процесс пиролиза в трубчатых печах [14,15] .

Основным аппаратом, используемым в данной технологии, естественно, является трубчатая печь пиролиза, имеющая конвекционную, радиантную камеру. Для ускоренного охлаждения применяют закалочноиспарительный аппарат. Для дополнительного охлаждения продуктов, а также для разделения тяжелой части продукта от газообразной смеси, которая затем подается на компримирование и газоразделение используют аппараты ряда промывных колонн [15] .

Сырье испаряется в конвекционной камере, далее проводится процесс смешения с водяным паром и нагревание до необходимой температуры .

Затем смесь пара и сырья направляется в радиантную камеру, в частности пиролизный змеевик. В нем происходит пиролиз с образованием целевых продуктов. Все это ведется при подводе тепла. Для того, чтобы не протекали реакции разложения полученных продуктов, в узле закалочного охлаждения, то есть в закалочно-испарительном аппарате, происходит их охлаждение с до 350 - 400 850-870 [16,17] .

2.6 Технологический процесс и его описание

Печь пиролиза этана (далее по тексту – печь пиролиза) включает в себя камеру конвекции, камеру радиации и дымоход. Камера конвекции печи пиролиза предназначена для подогрева в трубчатых змеевиках паро-этановой смеси за счет использования тепла дымовых газов и состоит из 2 секций .

Камера радиации предназначена для проведения процесса пиролиза этана в трубчатых змеевиках. Камера радиации оборудована панельными горелками, позволяющими вести двусторонний нагрев радиантных змеевиков. В камере радиации находится однопоточный змеевик с вертикально расположенными в одной плоскости трубами центробежного литья .

Паро-сырьевая смесь проходит секцию камеры конвекции, нагревается до температуры (450-660) и далее направляется в камеру радиации печи пиролиза .

В камере радиации происходит процесс пиролиза в трубчатом змеевике. Образовавшийся пирогаз с температурой 845 из радиантной камеры печи пиролиза поступает в трубное пространство ЗИА, где охлаждается до температуры (320-450) за счет испарения питательной воды в межтрубном пространстве ЗИА. Быстрое охлаждение пирогаза необходимо для прекращения вторичных реакций, ведущих к потере выхода целевых компонентов. Давление пирогаза на выходе из печи перед ЗИА должно быть не более 0.17 МПа (не более 1.7 кгс/см2) .

–  –  –

– эффективный фонд времени работы оборудования (час.);

– количество однотипного оборудования, установленного в цехе .

В общем виде величина эффективного времени выразится следующим образом:

–  –  –

По формуле (4.2) находим эффективное время работы оборудования:

– ;

.

Для анализа использования оборудования рассчитываем экстенсивный и интенсивный коэффициенты .

Коэффициент экстенсивного использования оборудования равен:

, (4.3) где – коэффициент экстенсивности;

–эффективный фонд времени работы оборудования (час.);

–номинальный фонд работы оборудования (час) .

По формуле (4.3) коэффициент экстенсивности равен:

–  –  –

оборудование по производительности .

Коэффициент интенсивного использования оборудования равен:

; (4.4) ;

где Qпп – производительность единицы оборудования в единицу времени;

–  –  –

, (4.6) Где Ким-коэффициент использования мощности;

- производственная мощность, т/год .

–  –  –

Производства этилена методом пиролиза этана работает непрерывно, поэтому бригада формируется по принципу сменности. Согласно заводским данным графиком работы персонала является четырёх сменная бригада .

График сменности представляет собой изображение очерёдности выхода работающих на работы, А, Б, В, Г – условное обозначение бригад .

График сменности режима работы четырех бригад на март 2018 года приведен в таблице 4.2 .

Штатное расписание производства этилена методом пиролиза этана приведено в таблице 4.3 .

Для эффективного фонда рабочего времени составим баланс времени одного среднесписочного рабочего .

Эффективное количество часов работы одного среднесписочного рабочего определяется:

– – (4.7)

– – где – календарный фонд времени работы одного среднесписочного рабочего, человек;

–  –  –

А 2 11 22 11 22 11 22 11 Б 11 22 11 22 11 22 11 22 В 11 22 11 22 11 22 11 22

–  –  –

, (4.9) где – коэффициент перехода от явочной численности к списочной .

, (4.10), (4.11) ;

Где – эффективный фонд рабочего времени одного среднесписочного рабочего, ч.;

По формуле 102 списочная численность равна:

–  –  –

Труд руководителей, специалистов и служащих оплачивается согласно установленной разрядной таблицы за фактически отработанное время .

Рабочим руководителям и специалистам работа в ночное время оплачивается в повышенном размере на 40%. Компенсационная доплата выплачивается в размере 10% за тяжелые условия труда .

Работа в праздничные дни оплачивается работникам, труд которых оплачивается по часовым тарифным ставкам – в размере двойной часовой тарифной ставки .

Тарифный фонд заработной платы рассчитывается на основе тарифной сетки .

Для примера приведен расчёт месячной заработной платы аппаратчика 5 разряда (8 человек) .

Заработная плата рассчитывается по следующей формуле:

, (4.12)

–  –  –

– районный коэффициент, т руб.;

– компенсационная доплата за условия труда, т. руб.;

Тарифная заработная плата рассчитывается:

, (4.14) где – тарифная ставка данной категории рабочих, т.руб./ч.;

–  –  –

– количество рабочих данной категории, человек;

Доплата за работу в ночное время:

, (4.14)

–  –  –

(4.17) (4.18) Итак, по формуле (4.12), основная заработная плата 8 аппаратчиков производства этилена методом пиролиза этана за март месяц 2018 года составит:

, (4.19)

–  –  –

4.7 Расчет затрат на производство продукции

4.8 Расчет годовой потребности в сырье и материалах Определение затрат на сырье и вспомогательные материалы производим исходя из принятого объема производства, удельных норм расхода сырья и материалов и планово-заготовительных цен. Расчет годовой потребности в сырье и материалах приведен на 253 800 т и на 270 000 т продукта в таблице (4.7) .

–  –  –

Амортизация – постепенное перенесение основных средств на готовую продукцию в целях накопления денежных средств для простого воспроизводства основных средств .

Норма амортизации – отношение годовой суммы амортизации к стоимости основных средств, выраженная в %. Норма амортизации показывает какую долю своей балансовой стоимости ежегодно переносят основные средства на производимый продукт

–  –  –

, (4.21) где – срок полезного использования ОС .

Начисление амортизации:

, (4.22)

–  –  –

4.13 Определение цены готовой продукции Цену продукта определяем по формуле (4.23) где – полная себестоимость единицы готовой продукции;

–  –  –

Рентабельность продукции можно принять от 10 % до 25 % .

4.14 Анализ безубыточности по действующему производству Цель анализа – определение точки безубыточности, т.е. минимального объема продаж, начиная с которого предприятие не несет убытков. В точке безубыточности выручка от продажи продукции (ВПР) равна общим затратам на производство и реализацию продукции:

.

.

Определение точки безубыточности: 1. Аналитическим способом (4.24)

–  –  –

– цена 1 т продукции, руб./т .

Найдем критический объем продаж на 253800 т/год

– Точка безубыточности - минимальный объем продаж, начиная с которого предприятие не несет убытков .

–  –  –

4.6. Определение потребности в инвестициях в проектном году В этом разделе необходимо определить сумму инвестиций для осуществления инновационного проекта (табл. 11) .

–  –  –

Метод расчета срока окупаемости инвестиций РР (Токуп.) состоит в определении того периода, через который первоначальные инвестиции будут возвращены прибылью или чистыми денежными поступлениями. Этот метод ориентирован на краткосрочную оценку, рассматривает, как скоро инвестиционный проект окупит себя. Чем быстрее проект окупит первоначальные затраты, тем эффективнее проект. Использование данного показателя предполагает установление приемлемого значения срока окупаемости как меры оценки эффективности инвестиций .

Чем больше нужна ликвидность инвестору, тем короче должен быть срок окупаемости .

Расчет срока окупаемости заключается в том, что сумма первоначальных инвестиций делится на величину годовых поступлений (чистой прибыли):

I 0, РР (4.25) ЧДП где I0– первоначальные инвестиции;

ЧДП – чистый денежный поток от операционной деятельности .

Данный подход применяется в тех случаях, когда величины чистых денежных поступлений примерно равны по годам .

Таблица 4.13 Технико–экономические показатели

–  –  –

В результате увеличения загрузки производственной мощности на 6 % и, соответственно, использования «эффект масштаба», мы получили следующий экономический эффект:

1. Снижение себестоимости на 1 тонну с 18,65 до 18,49 (на 0,86 %)

2. Увеличение выручки от продажи с 5913540 до 6291000 (на 6,38 %)

3. Увеличение чистой прибыли с 145840,195 до 166563,38 (на 12,4 %)

4. Увеличение выплат по налогам с 810223,31до 925352,12 (на 12,4%)

5. Увеличение показателя фондоотдачи с 8,94 до 9,48 (на 5,7 %)

6. Увеличение производительности труда с 98559 до 104850 (на 6 %)

7. Увеличение рентабельности производства с 12,22 до 14,0 (на 12,71 %)




Похожие работы:

«ISSN 2078-7677. Високі технології в машинобудуванні, 2018, випуск 1 (28) УДК 621.9 С.А. Клименко, д-р техн. наук, Киев, Украина СТАРАТЕЛЬ И СВЕТИТЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ (к 90-летию со дня рождения выдающегося российского и украинского ученого-машиностроителя, созидателя научно-практических...»

«Содержание 1. Общие положения 1.1. Основная профессиональная образовательная программа по специальности 38.02.05 Товароведение и экспертиза качества потребительских товаров (базовый уровень подготовки).1.2. Нормативные документы для разработки ОПОП по специальности 38.02.05 Товароведен...»

«TA NITA Мы следим за Вашим здоровьем ВЕСЫ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ТЕЛА BC-418MA Руководство пользователя Внимательно прочитайте данную инструкцию и сохраните ее для дальнейшего использования Содержание Содержание Важные свойства ВС-418 Меры предосторожности Символы 4 Внимание Осторожно Обс...»

«BCC Invest 25 августа 2017 г. Обзор рынка на 25.08.2017 г. Рынок: KASE В четверг казахстанский фондовый индекс 1 939.12 1.11% Индекс KASE завершил день уверенным ростом, 2 503.6 1 950.3 Объем сделок, в тыс. usd обновив семилетний максимум на объемах 49 177.2 479.06 Капитализация в млн. KZT выше среднего. Объем торгов акциями вырос...»

«Предварительно утвержден: решением Совета директоров ОАО "МРСК Центра и Приволжья" Протокол от "07" мая 2014 г. № 155 ГОДОВОЙ ОТЧЕТ Открытого акционерного общества "Межрегиональная распределительная сетев...»

«Dell G5 15 Настройки и технические характеристики Модель компьютера: Dell G5 5587 нормативная модель: P72F нормативный тип: P72F002 Примечания, предостережения и предупреждения ПРИМЕЧАНИЕ: Пометка ПРИМЕЧАНИЕ указывает на важную информацию, которая поможет использовать данное изделие более эффективно. ПРЕДОСТЕР...»

«RG-P58D Руководство пользователя POS-принтер печати чеков RG-P58D Руководство пользователя RG-P58D Руководство пользователя ОГЛАВЛЕНИЕ Меры безопасности Глава I. Внешний вид и модели 1.1 Внешний вид 1.2 Маркировка модификаций моделей Глава II. Особенности 2.1 Технические характеристики 2....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ ГО Т Р исо/мэк С НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ 15408-2— РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Инф ормационная технология МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСП...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.