Технологическое проектирование установки алкилирования бензола мощностью 175 тыс. т/год по этилбензолу
ВВЕДЕНИЕ
В России и мире производство этилбензола является одним из многотонных процессов с точки зрения потребления бензола. Основными продуктами, получаемыми из него, являются, конечно же, изопропилбензол и этилбензол. Почти 99% всего этилбензола используется в производстве стирола, остальное используется в качестве промежуточных продуктов в химическом производстве.
На сегодняшний день основной технологией получения этилбензола является алкилирование бензола этиленом в присутствии жидкого кислотного катализатора (кислоты Льюиса) (например, хлорида алюминия).
Этилбензол – органическое вещество с большим количеством ароматических углеводородов. Это бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом "бензина". Он используется в производстве пластмасс, полистирола, синтетического каучука и волокон.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 10
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1 Назначение процесса 12
1.2 Химизм и механизм реакций 13
1.3 Термодинамический и кинетический анализ 15
1.4 Катализаторы процесса 16
1.5 Основные параметры и их влияние на процесс 17
1.5.1 Примеси в сырье 17
1.5.2 Кратность подачи 17
1.5.3 Объемная скорость реакции 18
1.5.4 Температура реакции 18
1.5.5 Давление процесса 18
1.6 Математическое моделирование процесса 18
1.7 Сведения о существующих технологиях 19
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 24
2.1 Характеристика исходного сырья, материалов, катализаторов энергоресурсов и готового продукта 24
2.2 Описание технологической схемы 26
2.3 Технологические расчеты установки и выбор основного аппарата 29
2.3.1 Материальный баланс процесса 29
2.3.2 Расчет реактора алкилирования 34
2.3.3 Тепловой расчет алкилатора 35
2.3.4 Расчет холодильника 39
2.4 Аналитический контроль производства 40
3 ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 43
3.1 Производственная безопасность 43
3.1.1 Анализ вредных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого решения 43
3.1.2 Анализ выявленных опасных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого решения 49
3.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях: 52
4 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 63
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Белов П. С. Основы технологии нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1982. 280 с.
2. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988. 592 с.
3. Герзелиев И., Мячин С. Этилбензол по-русски. // The Chemical Journal
4. (Химический журнал). 2009. № 8. с.32-35.
5. Perego, C. Combining alkylation and transalkylation for alkylaromatiс produc-tion / C. Perego, P. Ingallina // Green Chem. 2004. № 6. 274 p.
6. Kirk – Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology. 3rd Edition. See article «Phenol». Vol. 17. P. 373.
7. Патент Италии №97120884/25 от 11.12.1997, кл. B 01 J 29/76
8. Патент Италии №99108253/04 от 20.02.2001, кл. С 07 С 02/66
9. Патент США №4849570, кл. С 07 С 02/68
10. Патент США №2001131562/04 от 20.07.2003, кл. В 01 J 37/00
11. Кирпичников П. А., Береснев В. В., Попова Л. М. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука : учеб. пособие для вузов. Л.: Химия, 1986. 224 с.
12. Тимофеев В. С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза : учеб. пособие для вузов / В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов. М.: Высшая школа, 2003. 536 с.
13. Гутник С. П., Сосонко В. Е., Гутман В. Д. Расчеты по технологии органического синтеза. М.: Химия, 1988. 272 с.
14. Способ получения этилбензола. Патент РФ №: 2267476, МПК: С07С, опубл. 10.01.2006.
15. Способ получения этилбензола. Патент РФ №: 2241694, МПК: С07С, опубл. 10.12.2004.
16. Способ получения этилбензола. Патент РФ №: 2559333, МПК: С07С, опубл. 10.08.2015.
17. Способ контроля ведения процесса получения этилбензола. Патент РФ №: 2110507, МПК: С07С, опубл. 10.05.1998.
18. Б. Т. Брукса, С. С. Куртица, С. Е. Бурда, Л. Шмерлинга Химия углеводородов нефти. М.: Гостоптехиздат, 1959.
19. Азингер, Ф. Химия и технология моноолефинов. : пер. с нем. / Ф. Азингер. М.: Гостоптехиздат, 1960.
20. Левенец Т. В. Основы химических производств : учеб. пособие / Т. В. Левенец, А. В. Горбунова, Т. А. Ткачева. – Оренбург: ОГУ: ЭБС АСВ, 2015. – 121 с. : ил. - ISBN 978-5-7410-1292-5.
21. Гудков С. Ф. Переработка углеводородов природных и попутных газов. М.: Гостоптехиздат, 1960.
22. Lee S. Encyclopedia of Chemical Processing., CRC Press. 2005. P. 3291
23. Адельсон С. В., Вишнякова Т. П., Паушкин Я. М. Технология нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1985. 608 с.
24. Потехин В. М. Химия и технология углеводородных газов и газового конденсата: учебник / В. М. Потехин. – Санкт – Петербург: ХИМИЗДАТ, 2016. – 560 с. : ил. – (в 2 – х ч.). – ISBN 978-5-93808-261-8.
25. Липович В. Г., Полубенцева М. Ф. Алкилирование ароматических углеводородов. М. : Химия, 1985. 272 с.
26. Я. С. Амиров, Д. Ф. Варфоломеев, Р. Х. Мухутдинов, В. Е. Тищенко Рациональное использование нефтехимии и охрана окружающей среды. У.: Башкирское книжное издательство, 1979. 116 с.
27. Технологический регламент производства этилбензола [Электронный ресурс] URL: http: //gendocs.ru /v14503/сс42/ (дата обращения: 29.09.2021).
28. Мещеряков Ф. Е. Основы холодильной техники и холодильной технологии М.: Пищевая промышленность, 1975. 559 с.
29. Рид Р., Щервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1971. 704 с.
30. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского. М.: Химия, 1991. 496 с.
Наличие двух реакторов обеспечивает бесперебойное производство момент, когда требуется регенерация катализатора. Оксидный катализатор менее чувствителен к воде, сере и другим ядам, чем катализаторы кислотного типа. Выходящий из реактора поток проходит в секцию очистки.
Горячий пар используется в качестве источника тепла при работе первой ректификационной колонны, которая позволяет отделить основную часть непрореагировавшего бензола и вернуть его реактор. Остаточный бензол отгоняют из второй ректификационной колонны.
Этилбензол отбирают сверху третьей колоны, а кубовый продукт этой колонны направляют в четвертую колонну, где производные этилбензола (алкилбензолы и полиалкилбензолы) отделяются от тяжелого остатка. Вязкий остаток, состоящий в основном из дифенилметана и дифенилэтана, сжигается в качестве топлива. Непрореагировавший этилен (в количестве 15 %) может быть использован в качестве сырья для других целей
Получение этилбензола на основе AlCl3
Сама реакция алкилирования с активным комплексом хлористого алюминия идет очень быстро, сильно ускоряется при механическом перемешивании или интенсивном барботировании газообразных олефинов через реакционную массу и протекает в диффузной или близкой к ней области. Ее скорость повышается при росте давления, но мало зависит от температуры, имея низкую энергию активации. При этом сохраняется обычная зависимость в реакционной способности олефинов – более сильная, чем различие в их растворимости. Жидкофазный процесс алкилирования бензола этиленом проходит в полом реакторе колонного типа в режиме барботажа. В реактор вводятся потоки полиалкилбензолов, свежего и циркулирующего катализаторного комплекса, газообразного олефина и возвратного бензола в турбулентном режиме. Отвод теплоты реакции осуществляют за счет бензольного рефлюкса