Проверочный расчет установки пиролиза этана

Содержание                                                      с.

Введение …………………………………………………………………………..8

1 Аналитический обзор …………………………………………………………10

1.1 Пиролиз ключевой процесс нефтехимии ……………………………….....10

1.2 Исторические аспекты развития пиролиза …………………………….….13

1.3 Физико-химические основы пиролиза ……………………………….........14

1.4 Технологические параметры процесса ……………………………….…....17

1.5 Новые варианты осуществления пиролиза …………………………..........19

2 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции ……………………………………………………………….……….24

2.1 Характеристика сырья, материалов и полуфабрикатов……………...……24

2.2Характеристика производимой  продукции …………………………….…..28

3 Описание технологического процесса производства …………………........31

3.1 Пиролиз этана в трубчатых печах ………………………………………….31

3.2 Узел водной промывки пирогаза ...…………………………………...........33

3.3 Узел щелочной очистки пирогаза ………………………………………….36

3.4 Узел осушки пирогаза ………………………………………………………38

4 Технико-технологические расчеты ………………………………………......39

4.1 Расчет материального  баланса печи ….…………………………………...39

4.2 Расчет печи пиролиза этана ………………………………………………...45

4.2.1 Расчет процесса горения ………………………………………………….46

4.2.2 Состав сырья и пирогаза ………………………………………………….51

4.2.3 Конечная температура реакции …………………………………..............55

4.2.4 Тепловая нагрузка печи, ее КПД и расход топлива …………………….57

4.2.5 Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру ……………………………………………………………………………63

4.2.6 Поверхность нагрева реакционного змеевика (экранных труб)………..64

4.2.7 Время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике………65

4.2.8 Потери напора в реакционном змеевике печи …………………………..67

4.2.9 Расчет необходимого числа печей для обеспечения заданной производительности установки…………………………………………………70

4.2.10 Расчет конвекционной  камеры…………………………………………70

5 Автоматизация и автоматические системы управления технологическим процессом…………………………………………………………… …………..76

5.1 Цель и назначение системы управления …………………………………..76

5.1.1 Анализ статических и динамических свойств объекта регулирования ……………………...……………………………………………………………..77

5.1.2 Обоснование выбора средств контроля и автоматики ………………….77

5.1.3 Автоматический контроль производства ………………………………  79

5.1.4 Спецификация приборов и средств автоматизации ……………….........80

5.2 Аналитический контроль производства …………………………………...88

6 Безопасность и экологичность технологического процесса ……………….93

6.1 Характеристика проектируемого объекта………………………………….93

6.2 Основные физико-химические, токсические, взрыво- и пожароопасные характеристики веществ и материалов, обращающихся в производстве …...95

6.3 Категорирование производственных помещений и наружных установок98

6.4 Безопасность технологического процесса и оборудования ……………...98

6.5 Средства индивидуальной защиты …….. ………………………………..100

6.6 Микроклимат ………………………………………………………………100

6.7 Вентиляция и отопление….………………………………………………..101

6.8 Освещение ………………………………………………………………….101

6.9 Шум и вибрация …………………………………………………………...102

6.10 Электробезопасность ..…………………………………………………...103

6.11 Защита от статического электричества ………………………………....105

6.12 Молниезащита ………………………………………………………..…..106

6.13 Пожарная профилактика, методы  и средства для пожаротушения……106

6.14 Экологичесность  объекта  ………………………………………….........107

7 Экономическое обоснование проекта ……………………………………...107

7.1 Расчет капитальных затрат на здания и сооружения ……………………111

7.2 Расчет капитальных затрат на оборудование ……………………………111

7.3 Расчет численности персонала ……………………………………………113

7.4 Расчет фонда заработной платы производственных рабочих ………......114

7.5 Расчет заработной платы вспомогательных рабочих …………………...116

7.6 Расчет расхода электроэнергии …………………………………………...117

7.7 Расчет калькуляции 1тонны пирогаза ……………………………………118

7.8 Технико-экономические показатели производства ……………………..120

8 Стандартизация ………………………………………………………………122

Заключение ……………………………………………………………………..124

Приложение А. Библиография………………………………………………...125

Приложение Б Спецификация к чертежам……………………..…………….128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      

 

Реферат

 

 

 

Курсовой проект содержит      с.,      рисунков,      таблиц,        источников, прил.

 

 

 ЭТАН,   ПИРОЛИЗ, ЭТИЛЕН, РАСЧЕТ.

 

 

Объектом проектирования является установка пиролиза этановой фракции.

Цель проекта - провести проверочный расчет установки пиролиза этана.

В процессе проектирования были проведен расчет печи, разработана схема автоматического регулирования параметров работы печи, проведены мероприятия по обеспечению охраны труда, техники безопасности и окружающей среды; проведено технико-экономическое обоснование проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время  в промышленности только два способа  получения этилена. Первый - пиролиз  углеводородов водяным паром в трубчатой печи (99%) и второй - метагезис, где пропилен и бутаны превращаются в этилен. Установка, реализующая первый способ, является основной в мировой нефтехимической промышленности.

Среднегодовой мировой  прирост спроса на этилен составлял 4,9% в 1992-1997 годах и не ниже 3,6% в 1997-2005 годах. В результате к 2000 году его выпуск возрос до 90 млн. т в год, а к 2005 году - возрос до 103 млн. т в год, что позволяет поддерживать коэффициент загрузки установок на уровне 90-95%. Для пропилена (на пиролиз приходится больше 60% его мирового выпуска, остальное количество пропилена извлекают из газов каталитического крекинга), показатель прироста несколько выше (5,9% в 1992-1997 годах и 4,1% в 1997-2005 годах), а рубеж в 50 млн. т/год, достигнут к 2000 году. Рост спроса на бензол (выделяют примерно в одинаковом количестве из бензинов пиролиза и риформинга) в аналогичные указанные выше периоды соответственно 4,0 и 3,1%. Его мировое потребление с 23 млн. т в 1983 году возросло до ~ 31 млн. т в 2000 году и, возрастает до 35 млн. т в год.

В промышленности разработаны и внедрены новые конструкционные материалы, позволяющие осуществлять реакцию при более высокой температуре и обеспечивающие существенное ингибирование процесса коксообразования.

Идея повышения температуры  в реакционной зоне печи, за счет резерва жаропрочности конструкционного материала, и соответственно, увеличения выхода этилена, была положена в основу проектирования настоящей установки.

Для ускоренного развития в нашей стране химической промышленности, в частности производства синтетических материалов, нужны огромные ресурсы исходного сырья. В качестве сырья используются не только первичные его виды - нефть, уголь и др., но и многочисленные химические полупродукты - этилен, пропилен, бутадиен, бутилен и изобутилен, для получения которых необходимы большие производственные мощности. Среди указанных полупродуктов первое место по масштабам потребления занимают этилен       (используемый для синтеза полиэтилена, окиси этилена, стирола, этилового спирта).

При строительстве крупных  нефтехимических комплексов и предприятий предусматривается одновременное производство этилена, пропилена и иногда бутадиена путём пиролиза нефтяных фракций. На этих предприятиях установка пиролиза является основной частью технологической схемы, включающей также системы промывок и очистки газа пиролиза, цеха компримирования газов и газоразделения.

Основным методом пиролиза нефтяных фракций является термический пиролиз в змеевике-реакторе трубчатой печи. Также широко ведутся работы по освоению новых методов пиролиза нефтяных фракций. К таким методам относятся контактный пиролиз в нисходящем потоке теплоносителя, в кипящем слое и в восходящем потоке теплоносителя, гомогенный пиролиз в токе перегретого пара или газообразного теплоносителя, окислительный пиролиз и др. В результате этих работ предложен ряд процессов, при проведении которых на опытно-промышленных установках получены высокие показатели по выходу целевых продуктов (олефинов).

Однако метод пиролиза в трубчатых печах будет вытеснен новыми методами пиролиза только после  полной технической освоенности последних.

 

 

 

 

 

1 Аналитический обзор

 

1. Пиролиз – ключевой процесс нефтехимии

 

Нефтехимическая промышленность включает огромное количество процессов. Основным процессом нефтехимии несомненно является пиролиз, уровень развития которого во многом определяет возможности всей отрасли. В реферате дано краткое описание химизма и технологии процесса, его роли в производстве базовых продуктов нефтехимии, отражены исторические аспекты появления и возможные перспективы развития.

В индустриально развитых странах нефтехимическая промышленность, как правило, является ключевой отраслью, причем темпы ее развития превышают показатели роста экономики в целом. В США продукция нефтехимических и зависящих от них производств составляет четверть валового оборота страны, их экспорт превышает импорт на 12 млрд долларов, и это при общей численности работающих чуть больше миллиона человек /1/

Мировой объем выпускаемых органических продуктов в мире увеличился за последние 45 лет в 100 раз, превысив 300 млн т. Все области человеческой деятельности в той или иной степени связаны с нефтехимией, и в настоящий момент именно она оказывает наибольшее влияние на повседневную жизнь современного человека.

Промышленная органическая химии  прошла длинный и сложный путь развития, в ходе которого ее сырьевая база изменилась кардинальным образом. Начав с переработки растительного и животного сырья, она затем трансформировалась в угле- или коксохимию (утилизирующую отходы коксования угля), чтобы в конечном итоге превратиться в современную нефтехимию /2/ , которая уже давно не довольствуется только отходами нефтепереработки.

Для успешного и независимого функционирования ее основной отрасли - тяжелого, то есть крупномасштабного, органического синтеза /3/ был разработан процесс пиролиза /4/, вокруг которого и базируются современные олефиновые нефтехимические комплексы. В основном они получают, а затем и перерабатывают низшие олефины и диолефины. Сырьевая база пиролиза может меняться от попутных газов до нафты, газойля и даже сырой нефти. Предназначавшийся вначале лишь для производства этилена, этот процесс теперь является также крупнотоннажным поставщиком пропилена, бутадиена, бензола и других продуктов.

Кроме олефиновых выделяют еще два типа химических комплексов. Ареновые, которые в значительной степени зависят от нефтепереработки, группируясь вокруг установок риформинга прямогонного бензина. Поскольку повышение качества бензина происходит в основном за счет реакций дегидрирования циклических парафинов (нафтенов) и дегидроциклизации линейных парафинов в арены, протекающих на платиновом катализаторе, этот процесс нефтепереработки также называют платформингом. Из полученного высокооктанового бензина с повышенным содержанием аренов на комплексах этого типа выделяют индивидуальные арены, в основном бензол, толуол, ксилолы, и производят продукты их последующей переработки. Основными продуктами химических комплексов, получающих и перерабатывающих синтез-газ /5/ , являются аммиак, водород, оксид углерода, азотсодержащие соединения, а также метанол, формальдегид и термореактивные смолы. Они группируются вокруг установок паровой и / или окислительной переработки (конверсии) углеводородов, сырьем которых могут служить как природный газ, так и тяжелые фракции нефти (газойль, мазут). На основе синтезгаза можно производить также уксусную кислоту и другие органические продукты.

Из всех рассмотренных  последний тип комплексов менее  остальных зависит от нефти. В неотвратимо приближающийся период "очень дорогой нефти" синтез-газ может стать реальной альтернативой нефтяному сырью /5/, а химические комплексы по его переработке - занять ключевую позицию поставщиков сырья для промышленной органической химии.

Однако в настоящее  время и по объему и по ассортименту выпускаемой продукции вне конкуренции находятся олефиновые нефтехимические комплексы, основой которых является процесс пиролиза - деструктивного превращения исходных углеводородов при температуре выше 650-700 ^оС, как правило, в присутствии водяного пара. Если из попутных газов получают в основном этилен, то пиролиз нефтяных фракций позволяет дополнительно к С₂Н₄ получать ценнейший набор углеводородов (пропилен, бензол, бутадиен, изопрен, изобутилен, бутены, изоамилены, ацетилен). Наличие в их составе трех базовых и самых крупнотоннажных соединений - этилена, пропилена и бензола - еще раз подчеркивает уникальность пиролиза. Уже 40 лет именно эти продукты являются основой сырьевой базы нефтехимической промышленности, и в настоящее время их годовой выпуск - один из основных показателей потенциала промышленного развития.

Среднегодовой мировой  прирост спроса на этилен составлял 4,9% в 1992-1997 годах и ожидается не ниже 3,6% в 1997-2005 годах. В результате к 2000 году его выпуск возрастет до 90 млн т в год, а к 2005 году - до 103 млн т в год, что позволит поддерживать коэффициент загрузки установок на уровне 90-95%. Для пропилена (на пиролиз приходится больше 60% его мирового выпуска, остальное количество С₃Н₆ извлекают из газов каталитического крекинга) показатель прироста несколько выше (5,9% в 1992-1997 годах и 4,1% в 1997-2005 годах), а рубеж в 50 млн т/год, по-видимому, будет достигнут к 2000 году. Рост спроса на бензол (выделяют примерно в одинаковом количестве из бензинов пиролиза и риформинга) в аналогичные указанные выше периоды соответственно 4,0 и 3,1%. Его мировое потребление с 23 млн т в 1983 году возрастет до ~ 31 млн т в 2000 году и 35 млн т в 2005 году.

 

1.2 Исторические аспекты развития пиролиза

 

Основу сырьевой базы современной нефтехимии - этилен получали сначала из коксового газа, дегидратацией этанола и даже гидрированием ацетилена. Такая ситуация сохранялась во многих странах до конца второй мировой войны. Однако, по мере того как потребность в этилене росла, его производство стало все больше определяться пиролизом нефтяных фракций (легкого бензина, нафты, газойля) и попутного газа. Первые промышленные установки появились сначала в США. В 1920 году "Union Carbide" и "Carbon Co" построили пилотную установку пиролиза этана и пропана, они же впоследствии разработали и пиролиз газойля.