Введение

Химическая промышленность является важнейшей отраслью современной индустрии, которая в последние несколько десятилетий, приобрела большое значение в общественном производстве.

Нефтехимическая промышленность выросла в крупную индустриальную отрасль в связи с прогрессом в области переработки нефти и газа, который привел к появлению большого количества углеводородного сырья.

Промышленность органического синтеза как индустриальная отрасль производства существует более ста лет, после того как во второй половине 19 века была создана теория химического строения, органический синтез получил достаточные теоретические основы для своего развития, что способствовало созданию различных химических производств. Особенно быстро химическая промышленность стала развиваться в начале 20 века. Традиционным сырьём химической промышленности первой половины 20 века были различные минеральные вещества, продукты коксования бурого угля, переработки растительного (целлюлоза) и пищевого растительного сырья (зерно, картофель, масло). Прогресс в области нефтехимического синтеза связан с бурным развитием добычи нефти и нефтепереработки. Сроки и темпы перехода промышленного органического синтеза с угольного сырья на нефтегазовое и с ацетилена на низшие олефины в разных странах были не одинаковы. В странах Западной Европы, Японии и России преобладание низших олефинов в сырьевой базе отрасли стало заметным с 60-х г. 20 века. В США этилен и пропилен, полученные из газов крекинга при переработке нефти, применяли уже в 20–30-е гг., а современный процесс производства низших олефинов – термический пиролиз углеводородов с водяным паром – выделился из процессов нефтепереработки и превратился в основном промышленный метод получения этилена и пропилена в период 1920 – 1940 гг.

Современная мировая структура сырья пиролиза выглядит следующим образом: этан – 27,6 % масс., сжиженные газы (пропан, бутан) – 14,0 % масс., прямогонный бензин (нафта) – 53,1 % масс., гидроочищенные керосино-газойлевые фракции – 5,3 % масс.

Использование этих видов сырья в отдельных странах различно. Так, в США и Канаде преобладающим сырьем является этан (49,1 % масс. и 69,7 % масс.), в Германии, Китае, Франции и Японии – нафта (57,4 % масс., 73,3 % масс., 60,0 % масс. и 80,3 % масс.). Кроме того, в Германии и Китае находят широкое применение гидроочищенные керосино-газойлевые фракции (32,0 % масс. и 26,7 % масс. ).

В России структура сырья пиролиза в 2006 г. имела следующую картину: этан – 7,9 % масс, сжиженные газы (пропан, бутан) – 29,6 % масс, ШФЛУ – 6,5 % масс, прямогонный бензин – 56,0 % масс. Это, по сравнению со структурой сырья пиролиза СССР 1990 г., показывает увеличение доли газового сырья на 20 % масс. Данный факт объясняется тем, что в период 1990 – 1998 гг. в Российской Федерации резко упали объемы добычи и переработки нефти. Однако, в связи с увеличением в России объемов добычи нефти с 301 млн. т. в 1998 г. до 458,8 млн.т. в 2004 г., российская структура сырья пиролиза претерпела определенные изменения в сторону увеличения доли жидкого углеводородного сырья. В результате этого, структура сырья пиролиза в России на сегодняшний день имеет следующий вид: этан – 8,0 % масс., сжиженные газы (пропан, бутан) – 24,0 % масс., ШФЛУ – 6,7 % масс., прямогонный бензин – 61,3 % масс.

Ниже в таблицах приведены данные, характеризующие уровень развития производства низших олефинов за рубежом и в России.

Крупнейшие в мире страны - производители этилена

Таблица 1

Крупнейшие в мире компании - производители этилена

Таблица 2

Крупнейшие в мире этиленовые комплексы

Таблица 3

Крупнейшие российские компании – производители этилена и пропилена

Таблица 4

Как видно из таблиц, уровень развития пиролиза в России крайне низок, что явилось следствием неправильной стратегии развития нефтехимии в СССР. В настоящий момент ситуация с показателями выпуска этилена в РФ начинает медленно улучшаться только за счет реконструкции существующих установок пиролиза, например, реконструкции этиленового комплекса «ЭП-450» ОАО «Нижнекамскнефтехим» с наращиванием мощности с 450 тыс. т/год до 600 тыс. т/год. Но на фоне прогресса Китая, Индии, Ближнего востока эти улучшения практически не заметны. Однако, стоит упомянуть о решении ОАО «Нижнекамскнефтехим» (г.Нижнекамск, респ. Татарстан) строительства новой этиленовой установки мощностью 700 тыс. т/год с дальнейшим наращиванием мощности до 1 млн. т/год, что составит треть производимого этилена в стране. Кроме того, предприятиями ОАО «Казаньоргсинтез» (г.Казань р.Татарстан) и ООО «Ставролен» (г.Буденовск, Ставропольский край) в планах модернизации своих этиленовых производств, с увеличением мощности на 600 тыс. т/год.

Главная цель отрасли органического синтеза заключается в получении большого ассортимента мономеров, растворителей, исходных продуктов для синтеза лекарственных препаратов, средств защиты растений и других продуктов наиболее простыми, дешевыми способами из доступного сырья.

Главными предпосылками ускоренного развития промышленности органического синтеза являются :

Необходимость обеспечения основным сырьём практически всех отраслей химической промышленности, выпускающих синтетические материалы;

Возможность использования многочисленных источников сырья (нефти, газа, угля, древесины, отходов многих нехимических производств и т.д.);

Возможность получения одних и тех же конечных продуктов из различных исходных соединений, что обусловливает гибкость всей отрасли и её приспособляемость к меняющимся источникам сырья.

Все вышеперечисленные предпосылки применимы для процесса пиролиза углеводородов. В данном дипломном проекте представлен процесс пиролиза мощностью 110 тыс. тонн/год жидкого углеводородного сырья (фракция гексановая) для получения пирогаза, содержащего в своем составе этилен, пропилен и другие мономеры для нефтехимических синтезов.

1. Аналитический обзор методов получения продукта

Пиролиз углеводородов жидких углеводородных фракций или природного газа, выделенных из нефти, протекает при температурах свыше 700°С.

В ходе технологического процесса пиролиза в основном осуществляются следующие реакции:

а) дегидрогенизация, характеризующаяся разрывом химической связи С - Н;

б) деструкция, характеризующаяся разрывом связи С - С;

в) реакции изомеризации;

г) реакции типа синтезов - полимеризация, циклизация, реакции конденсации и т. п.

Процессы дегидрогенизации и деструкции являются эндотермическими первичными, а все остальные - экзотермическими вторичными реакциями.

Сырьем для процесса пиролиза могут быть:

попутные газы нефтедобычи и газы стабилизации сырой нефти содержащей большое количество этана, пропана, бутана;

предельные газы, образующиеся при переработке нефти в топливные продукты;

газовый бензин, получаемый на газобензиновых заводах;

прямогонные бензины или их отдельные фракции;

тяжелые нефтяные остатки;

нефть.

Наиболее благоприятным видом сырья для получения олефинов являются парафиновые углеводороды (УВ) и олефиновые УВ. Нормальные парафины более предпочтительны, чем их изомеры, которые при термическом пиролизе образуют больше газообразных парафиновых УВ и, в первую очередь, метана и несколько меньше олефинов. Есть также изомеры, которые обладают более высокой устойчивостью, чем нормальные парафины; такие УВ применять нежелательно, т.к. для их расщепления требуется более высокие температуры. Использование ароматических УВ также нежелательно, т.к. при повышенных температурах они склонны к конденсации с образованием полициклических ароматических УВ, смолы и кокса. При средних температурах пиролиза и малых временах контакта ароматические УВ не подвергаются какому-либо превращению. Нафтеновые УВ по термической устойчивости занимают промежуточное положение между парафинами и ароматическими УВ. Под воздействием температуры преобладают реакции дегидрирования кольца и отщепления длинных боковых цепей, сопровождающиеся образованием олефинов.

По мере утяжеления фракционного состава любого сырья происходит его обеднение водородом. Поэтому с утяжелением фракционного состава сырья выход олефинов в процессе пиролиза должен уменьшаться. [7,143]

Выход продуктов пиролиза при переработке различного вида сырья с учетом вторичного пиролиза непрореагировавших этана и пропана.

Таблица 5

Как видно из данных таблицы, при пиролизе этана конверсия за один проход составляет 60%. Суммарный выход этилена с учетом повторного пиролиза непрореагировавшего этана составляет 78% при этом концентрация этилена в пирогазе находится на уровне 35 мол.%.

При пиролизе пропана выход этилена составляет 40%, пропилена 24%, концентрация этилена в газе около 3- мол.%.

н-Бутан является весьма эффективным сырьем для получения этилена и пропилена. Содержание пропана в продуктах пиролиза н-бутана очень небольшое: в пропан-пропиленовой фракции, выделенной из продуктов пиролиза бутана, пропилена содержится более 90%. Поэтому пиролиз бутана является наиболее простым путем получения концентрированного пропилена.

На рисунке 1 показаны зависимости выходов этилена и метановодородной фракции, а также селективности по этилену (отношение выхода этилена к степени превращения этана) от степени превращения этана для печей одного типа. В промышленности степень превращения этана колеблется от 0,53 до 0,73. С ее увеличением селективность падает, так как выход побочных продуктов растет быстрее, чем выход этилена. Следовательно, требуется больше сырья для получения заданного количества этилена. С уменьшением степени превращения возрастает доля возвращаемого на пиролиз этана, требуется большее число печей, увеличивается нагрузка на компрессор и систему газоразделения.

Зависимость выхода В (1)этилена и метановодородной фракции (2) от степени превращения этана Х%

Рисунок 1

При пиролизе любого сырья непревращенный этан всегда возвращается в процесс. И в этом случае степень его превращения может определяться конкретными условиями. Так, при пиролизе бензина в режиме средней жесткости, когда необходимо обеспечить значительный выход пропилена, а компримирование является «узким местом» целесообразно повысить степень превращения этана, чтобы за счет снижения возврата его на пиролиз увеличить расход бензина.

В табл. 6 даны выходы продуктов пиролиза этана в промышленных печах при различных степенях его превращения. Как следует из таблицы, с увеличением степени превращения выход водорода меняется незначительно. То же относится и к пропилену, в то же время выход метана резко увеличивается. Выход жидких продуктов из этана составляет 2-3%: большая часть из них представляет собой ароматические углеводороды: бензол -1,3%, толуол - 0,2%, углеводороды С₈ - С₉ -0,6% и тяжелая смола – 0,3%.

Условия процесса и выход продуктов при пиролизе этана в промышленных печах различного типа

Таблица 6

При пиролизе газового бензина выход этилена несколько меньше, но при этом образуется значительные количества жидких продуктов; около 35% из них составляет бензол. Выход бензола, считая на исходное сырье, превышает 5%.

Технологический процесс пиролиза газового бензина аналогичен процессу пиролиза пропана и бутана. При пиролизе бензино-лигроиновых фракций выход этилена еще меньше; в то же время сильно увеличивается выход жидких продуктов, а также бутиле-бутадиеновой фракции. Поэтому при пиролизе бензино-лигроиновых фракций должны быть созданы специальные установки для переработки жидких УВ, а также предусмотрено выделение и использование бутилен-бутадиеновой фракции.

Зависимость выходов продуктов пиролиза от перерабатываемого сырья

Рисунок 2

Таким образом, лучшим сырьем, обеспечивающи наибольший выход этилена, является этан; все остальные виды сырья по мере его утяжеления располагаются по нисходящей кривой.

При выборе сырья всегда нужно учитывать необходимый ассортимент олефинов. Для проивзодства только этилена наилучшим сырьем является этан; если же кроме этилена необходимо получить пропилен и бутилена, то предпочтителен бензин (по сравнению с более тяжелыми видами сырья). Кроме того, следует учитывать доступность сырья в данном районе. Для проведения самого процесса лучше использовать более легкое сырье.

Все большее развитие получает пиролиз бензиновых углеводородов, который позволяет получить широкий ассортимент углеводородов, имеющих большое значение в народном хозяйстве. Указанное сырье для пиролиза может быть получено на газобензиновых и нефтеперерабатывающих заводах и переработка его осуществляется сравнительно легко.

В связи с изложенным весьма важно оценить такой вид сырья для пиролиза, как рафинаты платформинга, которые состоят в основном из парафиновых углеводородов нормального и изостроения. Поскольку рафинаты уже подвергались термообработке, они являются более стойким сырьем для пиролиза, чем прямогонные бензины. Наличие в них изопарафинов будет способствовать образованию большего количества метана и возможно, этана, что увеличит энергетические затраты процесса разделения.

Содержание изопарафинов в рафинатах платформинга будет определяться условиями термодинамического равновесия. Практически их содержание при жестких условиях проведения процесса составит не менее 50—60% и будет зависеть от режима платформинга.

Вследствие повышенного газообразования выход олефинов при пиролизе рафинатов должен быть несколько ниже, чем при пиролизе аналогичной фракции прямогонного бензина.

Необходимость ведения процесса пиролиза рафинатов при более высоких температурах (приблизительно на 25—50° С) приводит к увеличению новообразования, что создает менее благоприятные условия для использования трубчатых печей. Поэтому при пиролизе рафинатов можно применять также течи со стационарным или с движущимся твердым теплоносителем.

В табл. 7 приводятся результаты пиролиза различных видов жидкого углеводородного сырья.

Представляет интерес выяснить влияние условий пиролиза на выход олефинов. Глубину процесса определяют три основных параметра: время контакта, температура и парциальное давление углеводородов. С повышением температуры глубина процесса быстро возрастает. При постоянной температуре выход олефинов с увеличением времени контакта возрастает до определенного момента, а затем падает. Повышение парциального давление углеводородов приводит к усилению реакций полимеризации и конденсации, к преобладанию реакций разрыва углеродной цепи посередине, приводящих к повышенному образования жидких продуктов пиролиза, к уменьшению удельного веса реакций дегидрирования.

Наиболее благоприятными условиями пиролиза, являются: высокая температура, малое время контакта и малое парциальное давление углеводородов. Все эти факторы взаимно между собой связаны.

В табл. 8 приведены данные о влиянии температуры и времени контакта на процесс пиролиза легких бензиновых углеводородов.

В настоящее время в связи с возрастающей потребностью в олефиновых углеводородах с тремя и четырьмя углеродными атомами представляет большой интерес проведение пиролиза, при котором выход этих углеводородов был бы значительно увеличен. Это может быть достигнуто смягчением условий процесса и в первую очередь снижением температуры.

В табл. 9 приводятся данные о зависимости выхода олефинов от режима пиролиза прямогонного бензина.

Из данных этой таблицы следует, что с понижением температуры процесса выход углеводородов С₃ и С₄ по отношению к этилену возрастает, а с увеличением времени контакта — уменьшается.

Исходя из этих данных, можно ориентировочно наметить следующие температуры процесса пиролиза (в ° С) для получения максимальных выходов желаемого продукта при оптимальном времени контакта (0,8 — 1 сек): этилен 780°С; пропилен 750°С; углеводороды С₄ 725° С.

Важным фактором, влияющим на процесс, является давление. Как известно, процесс пиролиза, проводящийся в промышленных условиях в трубчатых печах, осуществляется при небольшом избыточном давлении на выходе из печи. Повышение давления способствует увеличению производительности печи и снижению расхода электроэнергии на компрессию пирогаза. Однако при повышенном удавлении уменьшается выход целевых продуктов, в частности этилена и: пропилена.

В процессе пиролиза этан-пропановой смеси в промышленных условиях при температуре 790° С концентрация олефинов в пирогазе составляет 36% при абсолютном давлении 0,8 ат; 34,5% при 1,0 aт и 33% — при 1,75 aт.

При повышении избыточного давления в зоне реакции пиролизной печи с 0,5 до 1,5—2,0 aт выход этилена в пирогазе при пиролизе этана снижается с 48 до 44% на пропущенное сырье и с 81 до 70% — на разложенное сырье.

Также возможен пиролиз тяжелого нефтяного остатка. Условия при пиролизе тяжелых видов сырья и выход продуктов приводятся в табл. 10.

Условия при пиролизе тяжелых видов сырья и выход продуктов

Таблица 10

Осуществляя процесс при температуре 680—750° С; весовая скорость 0,05—0,1 ч^-1 ; количество вводимого пара 50—75% на сырье, можно получить следующие средние выходы этилена на сырье: при переработке легкого сырья (бензино-лигроиновой фракции) — 30—32 %; среднего дистиллятного сырья—17—23%; тяжелого сырья — 14—17%. Выход ароматических углеводородов составит соответственно 9—12%, 8—10 и 6—8%.

Работа с рециркуляцией собственного газа позволяет увеличить выход ароматических углеводородов при некотором уменьшении количества олефинов в газе.

2. Теоретические основы метода производства

В настоящее время пиролиз углеводородов является основным источником не только производства олефинов – этилена и пропилена, но и бутадиена, бутиленов, бензола, ксилолов, циклопентадиена, циклопентена, изопрена, стирола, нафталина, нефтеполимерных смол, сырья для производства технического углерода, растворителей, специальных масел.

В бензиновой фракции пиролиза присутствует до 30% (масс.) бензола, 6-7% толуола, 2-2,5 % ксилолов, около 1 % стирола. Фракция С5, содержит до 30% циклопентадиена, включая димеры, и около 10% изопрена. Тяжелая смола (температура кипения >200ºС) имеет в своем составе нафталин и его гомологи, а также небольшое количество тетралина и конденсированных ароматических углеводородов. Кроме того, смола пиролиза содержит некоторое количество неароматических углеводородов, включая олефины и диены.

Получение ряда химических продуктов из смолы пиролиза успешно конкурирует с традиционными процессами их производства. Так, себестоимость бензола в 1,3 – 1,5 раза ниже, чем в каталитическом риформинге. За счет этого себестоимость этилена также снижается (на 20 – 30 %).

Основным сырьем процесса пиролиза являются этан, пропан, бутаны, содержащиеся в попутных и в нефтезаводских газах, газовые бензины и бензины прямой перегонки нефти, а также рафинат каталитического риформинга, остающийся после удаления ароматических углеводородов из катализата. В последнее время в связи с дефицитом и высокой стоимостью бензиновых фракций в качестве сырья пиролиза применяют также средние и тяжелые нефтяные фракции и даже сырую нефть.

В соответствии с результатами термодинамических расчетов пиролиз углеводородов для производства низших олефинов целесообразно проводить при довольно высоких температурах, превышающих 600-700ºС и для получения этилена необходима более высокая температура, чем для преимущественного производства пропилена. Верхний предел температуры процесса определяется возможностью проведения его без значительного образования ацетилена. Согласно данным термодинамических расчетов пиролиз следует проводить при низком давлении, желательно приближаться к атмосферному, и при достаточном разбавлении сырья водяным паром.

По мере углубления процесса образуются углеводороды, имеющие все меньшее и меньшее соотношение водород/углерод. Реакции гидрирования и дегидрирования:

СnН _2n+2 ® СnН_2n + Н2

являются обратимыми, но параллельно с ними идут необратимые процессы – разрыв цепи, циклизация и т.д.

При пиролизе бензиновых фракций протекающие реакции можно разбить на две стадии. На первой стадии первичные реакции разложения компонентов сырья, по которым образуются продукты: водород, метан, этилен, этан и олефины с прямой короткой цепью. Например:

С₂ Н₆ ® С₂ Н₄ + Н₂

этан этилен

С₃ Н₈ ® С₂ Н₄ + СН₄

Пропан этилен метан

С₃ Н₈ ® С₃ Н₆ + Н₂

Пропан пропилен

С₄ Н₁₀ ® С₄ Н₈ + Н2

бутан бутилен

На второй стадии протекают вторичные реакции, которые можно разбить на четыре типа:

Дальнейшее расщепление олефинов, образовавшихся на первой стадии:

С₃ Н₆ ® С₂ Н₂ + СН₄

пропилен ацетилен метан

Гидрирование олефинов, приводящее к образованию вторичных парафинов:

С₃ Н₆ + Н₂ ® С₃ Н₈

пропилен пропан

Дегидрирование олефинов, приводящее к образованию диолефинов и ацетиленовых углеводородов:

С₄ Н₈ ® Н₂ С = СН - СН = СН₂ + Н₂

бутилен бутадиен (дивинил)

С₄ Н₈ ® НС = С - СН₃ + СН₄

бутилен метилацетилен метан

Реакции конденсации, по которым образуются циклоолефины и ароматические соединения:

С₂ Н₄ + С₄ Н₆ ® С₆ Н₆ + 2Н₂

этилен дивинил бензол

При пиролизе этановых фракций реакции можно разбить на две стадии.

По первой проходят первичные реакции разложения компонентов сырья, по которым образуются продукты: водород, метан, этан, этилен и олефины, с такой же, как и у компонентов сырья, с более короткой углеводородной цепью.

Например: С₂ Н₆ ® С₂ Н₄ + Н₂

На второй стадии протекают вторичные реакции, которые можно разбить на четыре типа.

Дальнейшее расщепление олефинов, образовавшихся на первой стадии:

С₂ Н₄ ® С₂ Н₂ + Н₂

Гидрирование олефинов, приводящее к образованию вторичных парафинов:

С₂ Н₄ + Н₂ ® С₂ Н₆

Дегидрирование олефинов, приводящее к образованию диолефинов и ацетиленовых углеводородов:

С₄ Н₈ ® Н₂ С = СН - СН = СН₂ + Н₂

С₄ Н₈ ® НС = С - СН₃ + СН₄

Реакции конденсации, по которым образуются циклоолефины и ароматические соединения: С₂ Н₄ + С₄ Н₆ ® С₆ Н₆ + 2Н₂

Реакции второй стадии при пиролизе, как бензиновых, так и этановых фракций, начинают играть существенную роль, когда накапливается значительное количество продуктов первичных реакций, и ориентация в сторону вторичных реакций становится достаточно высокой.

Все эти реакции при пиролизе протекают одновременно, поэтому особенно важным становится создание таких условий, при которых вторичные реакции были бы сведены к минимуму. [19]

Ненасыщенные углеводороды только при достижении достаточно высокой температуры становятся термодинамически более стабильны, чем соответствующие им парафины. Для этилена, например, эта температура составляет 750ºС.

Сравним термодинамику возможных маршрутов образования олефинов. В первом случае при расщеплении (крекинге) молекулы исходного парафина:

Как известно, термодинамическая стабильность определяется температурой, при которой изменение энергии Гиббса становится равным нулю или отрицательным.

где ΔН — тепловой эффект реакции,

Т — температура,

ΔS — изменение энтропии,

Эти реакции эндотермичны и протекают с увеличением объема. Чтобы сместить равновесие в сторону расщепления сырья и образования олефинов, необходимо увеличить температуру и снизить давление. Но если крекинг углеводородов происходит с заметной скоростью уже при температуре 500ºС, то вклад реакции дегидрирования в образование продуктов пиролиза становится ощутимым лишь начиная с 800-850ºС. По экономическим соображениям для достижения оптимального парциального давления углеводородов применяют не вакуум, а разбавление исходной смеси водяным паром. Последнее приводит к некоторым как положительным, так и отрицательным последствиям. Положительные связаны:со снижением удельного количества тепла, необходимого для нагрева труб в реакторе за счет введения части энергии с водяным паром непосредственно в сырье; улучшением испаряемости углеводородов;

со снижением коксоотложения за счет турбулизации потока углеводородов в реакционном змеевике;

с уменьшением вероятности протекания вторичных реакций, вследствие разбавления реакционной смеси.

К отрицательным последствиям относятся затраты энергии на нагрев до температуры реакции, рост инвестиций, связанных с необходимостью увеличения размеров печи и усложнения системы разделения продуктов пиролиза. Необходимое количество вводимого пара зависит в основном от молярной массы исходных углеводородов и лежит в интервале 0,25-1,00 тонны на тонну сырья соответственно для этана и тяжелых нефтяных фракций.

Итак, основная реакция пиролиза (особенно в случае использования в качестве сырья нефтяных фракций) крекинг углеводородной цепи с образованием олефина и парафина. Ее первичные продукты могут претерпевать дальнейшее расщепление (вторичный крекинг). В конечном итоге получается смесь легких углеводородов, богатая олефинами. Дегидрирование соответствующих олефинов приводит к образованию ацетилена и его производных, а также диеновых углеводородов, обладающих высокой реакционной способностью. Последние в условиях пиролиза вступают в реакции циклизации. При дегидрировании из циклоолефинов получаются арены, в частности бензол, являющиеся, в свою очередь, предшественниками образования полициклических углеводородов и кокса. Протеканию последних реакций (значит и отложению кокса) благоприятствует повышение температуры до 900-1000ºС.

Другой нежелательный процесс - полимеризация ненасыщенных углеводородов. Она в условиях пиролиза практически не протекает. Эта реакция экзотермична и начинается лишь при понижении температуры. Быстрое преодоление температурной области, где она уже возможна, и скорость ее еще высока основная задача стадии охлаждения (закалки) газов пиролиза.

С увеличением времени пребывания сырья в зоне высоких температур увеличивается

вклад нежелательных последовательных превращений целевых продуктов. Поэтому для повышения избирательности (селективности) пиролиза надо уменьшать время контакта. При этом, однако, снижается глубина переработки сырья за проход, а значит, и выход целевых продуктов.

Не только выход продуктов пиролиза, но их состав являются функцией многих параметров, в первую очередь природы сырья и условий осуществления процесса.

Термическое разложение углеводородного сырья происходит по радикальноцепному механизму. Начальное зарождение цепи происходит под влиянием температуры при гомолитическом разрыве наиболее слабой С-С связи с образованием свободных радикалов, которые способны образовывать новый свободный радикал, отрывая атом водорода от молекулы исходного углеводорода:

В общем случае образующиеся первичные радикалы с длинной цепью не устойчивы. Их стабилизация происходит в основном за счет расщепления связи С-С, находящейся в β-положении к радикальному центру, что отвечает общему принципу наименьшего изменения структуры:

Эта реакция β-распада повторяется до тех пор, пока не образуется сравнительно устойчивый радикал - метильный или этильный, который, в свою очередь, становиться источником зарождения новой цепи. Вероятность образования тех или иных радикалов на стадии продолжения цепи зависит от строения атакуемой молекулы углеводорода. Отрыв атома водорода от третичного атома углерода происходит легче, чем от вторичного и, тем более, первичного атома. В общем случае выход увеличивается с ростом содержания парафинов (нормального строения) в сырье, то есть зависит и от химического состава сырья. Термическая стабильность углеводородов возрастает в ряду парафины<нафтены<арены и уменьшается с ростом длины цепи.

Многообразие протекающих вторичных реакций затрудняет моделирование процесса, особенно при усложнении природы сырья и увеличении степени конверсии. До сих пор при проектировании печей опыт, эмпирические зависимости и экспериментальная проверка играют очень важную роль.

Рассмотрим механизм пиролиза парафинов вначале на примере этана. Инициирование цепи заключается в распаде молекулы С₂ Н₆ , по связи С—С на два метильных радикала:

Реакции (1) - (7) описывают образование основных продуктов распада этана на начальных стадиях пиролиза. Согласно имеющимся в литературе данным, основными продуктами пиролиза этана являются этилен и пропилен.

В случае пиролиза пропана на стадии продолжения цепи большую роль играют как радикал Н, так и метильный радикал СН₃ .

Инициирование:

Реинициирование, заключающееся в быстром распаде этильного радикала:

Продолжение цепи, в результате которого могут образоваться изо- или н-пропильный радикалы:

Радикалы Н и СНЗ ведут цепь распада дальше. Обрыв цепи протекает так:

Приведенный механизм распада пропана соответствует составу продуктов только на начальных стадиях процесса.

Большое влияние на состав продуктов пиролиза оказывает температура. При низких температурах, соответствующих процессу крекинга, проявляется большая роль реакций (За) и (4а) по сравнению с (Зб) и (4б), так как энергия разрыва связи С—Н у первичного углеродного атома больше, чем у вторичного. Соответственно образуется больше пропилена по реакции (6) и меньше этилена по реакции (7). Кроме того, при пиролизе углеводородов С₄ и выше этильный радикал образуется не только на стадии инициирования, но и на стадии продолжения цепи. В этом случае состав продуктов пиролиза в значительной степени зависит от соотношения скоростей реакций (2) и (5). При низких температурах большую роль играет реакция (5), энергия активации которой составляет около 45 кДж/моль, а роль реакции (2), имеющей энергию активации 168 кДж/моль, значительно меньше. В результате образуется больше этана и меньше этилена. При высоких температурах, напротив, образуется больше этилена, а пропилена и этана меньше. Это объясняется тем, что в соответствии с уравнением Аррениуса, с ростом температуры в большей степени ускоряются реакции, которые имеют более высокую энергию активации, а именно (2), (Зб) и (4б).

Существенное значение для процесса пиролиза имеет стадия обрыва цепи. Порядок реакции по исходному углеводороду зависит от того, которая из трех реакций обрыва цепи (8), (9) или (10) превалирует. Он может составлять 0,5, 1 или 1,5.

Причины торможения распада парафинов олефинами (пропиленом и изобутеном) объясняют двумя механизмами.

Для термического крекинга, где преобладает радикал CH₃ торможение объясняют, так называемым, аллильным механизмом.

Согласно ему радикал СН₃ отрывает атом водорода от пропилена или изобутилена с образованием малоактивного аллильного радикала:

Аллильный радикал не способен продолжать цепь распада, вследствие чего замена радикала СН3 аллильным приводит к торможению распада парафина. При температурах

пиролиза торможение является следствием присоединения водорода к олефину с образованием колебательновозбужденной частицы, которая распадается на этилен и метильный радикал (работы Р. А. Калиненко):

Торможение распада является следствием замены очень активного радикала Н менее активным радикалом СН_З . Установлено также, что парафин ускоряет распад олефина за счет той же реакции (13).

В смесях парафинов с олефином наблюдается предел торможения, который соответствует содержанию 30 - 50% олефина в смеси. Это объясняется тем, что по мере увеличения количества олефина растет концентрация радикалов СН₃ , которая компенсирует убыль радикалов Н. Наиболее сильно торможение проявляется при пиролизе этана, так как цепь ведет радикал Н (скорость реакции снижается в 7 - 10 раз). Для пропана скорости распада снижаются в 2 -2,5 раза, для н-бутана в 1,2 - 1,3 раза. Это объясняется тем, что при распаде этих углеводородов цепь ведут радикалы Н и СН₃ .

Кроме того, все углеводороды, кроме этана, образуют пропилен. Торможение распада пропана и н-бутана является результатом взаимодействия пропилена, как с радикалом Н так и с радикалом СН₃ по реакции (11). Изотопным методом Р. А. Калиненко было установлено, что при высоких температурах (800 - 840ºС) в смесях н-бутана с пропиленом около 60 % пропилена реагирует по реакции (13) и 40 % — по реакции (11). По мере увеличения молярной массы парафина или олефина степень ингибирования снижается и практически перестает сказываться.

Выше были рассмотрены в основном реакции распада, наблюдаемые на начальных стадиях процесса, без учета вторичных реакций и реакций уплотнения, которые играют большую роль в процессе пиролиза. По мере углубления процесса в реакционной смеси появляется все больше продуктов уплотнения и кокса, мешающего нормальному осуществлению процесса. В реакциях уплотнения принимают участие олефины и ароматические углеводороды.

В настоящее время отсутствует единая точка зрения на механизм образования высокомолекулярных углеводородов и кокса. Предполагается, в частности, что кокс образуется в результате реакций полимеризации, дегидроциклизации и деструктивной поликонденсации, которые, в конечном счете, ведут к образованию сложных полициклических структур, обедненных водородом:

Имеются и другие схемы образования кокса.

Тем не менее, считается что кокс, отлагающийся в реакторе пиролиза, может образовываться двумя путями:

гетерогенным разложением молекул углеводородов на стенке реактора или на частицах металла, извлеченных из металлической поверхности и остающихся на поверхности растущего слоя кокса;

при реакциях присоединения в объеме реактора, которым особенно благоприятствуют полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в сырье (например, газойлевой фракции).

В пользу представления о двух различных путях образования кокса при пиролизе углеводородов свидетельствует, в частности, разнообразие типов и структур кокса, формирующегося при термическом разложении жидких и газообразных углеводородов.

При температурах промышленного пиролиза – от 650 до 900ºС – может формироваться кокс трех типов, нитевидный ленточный (дендрит) или игольчатый, слоистый анизотропный, образующий прочную пленку, и аморфный (“пушистый”), изотропный, образующий относительно непрочную пленку черного цвета.

Количественное соотношение двух путей образования кокса зависит от условий ведения процесса (структура и парциальное давление паров исходных углеводородов, температура реакции, состояние стенок реактора и др.).

Кокс, образованный каталитическими реакциями (нитевидный), очевидно, преобладает при относительно низких температурах и на ранних стадиях процесса.

При более высоких температурах и значительных степенях превращения исходного сырья, повидимому, возрастает значение конденсационного механизма (получается слоистый анизотропный и аморфный изотропный кокс), причем тип кокса зависит от парциального давления углеводородов, от свойств поверхности, на которой кокс отлагается, строения исходных углеводородов, температуры и ряда других факторов.

С увеличением парциального давления углеводородов повышается доля образующегося аморфного кокса [9,13]

3. Характеристика производимой продукции и используемого сырья

Товарными продуктами производства при пиролизе бензина являются этилен и пропилен. Этилен должен соответствовать ГОСТ 25070-87, показатели которого сведены в табл. 11. [17]

Характеристика этилена

Таблица 11

Наиболее важными физико-химическими показателями этилена, производимого в процесса пиролиза являются [4,27]:

Молекулярная масса 28,05

Плотность при н.у., кг/м³ 1,261

Температура кипения, ⁰ С -103,7

Температура отвердевания, ⁰ С -169,1

Критическая температура, ⁰ С 9,9

Абсолютное критическое давление, кгс/см² 50,9

Теплоемкость, кДж/кг∙град 1,4606

Показатель адиабаты при н.у. 1,258

Низшая массовая теплота сгорания, кДж/кг 46878

Скрытая теплота испарения при 760 мм.рт.ст, Дж/кг 482

Теоретически необходимое для сгорания газа количество воздуха, м³ / м³ 14,28

Жаропроизводительность, ⁰ С 2343

Температура воспламенения, ⁰ С 475-550

Вязкость газа кинематическая при н.у., 10^-6 кгс∙сек/м² 7,50

Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при н.у. (верхний, нижний) 3,1/28,6

Пропилен должен соответствовать ГОСТ 25043-87, данные которого сведены в табл.12 [16]

Характеристика пропилена

Таблица 12

Готовой продукцией процесса пиролиза бензина прямогонного является пирогаз, который соответствует следующему составу. Характеристику пирогаза сведем в табл.13 [20]:

Характеристика пирогаза

Таблица 13

Характеристика сырья

Сырьем для пиролиза является бензин прямогонной, соответствующий ТУ 38.402-62-120-90 Технические требования к данному виду сырья сведем в табл.14.

Характеристика бензина прямогонного

Таблица 14

Наиболее важными показателями бензина прямогонного, применяемого для процесса пиролиза являются [15]:

Молекулярная масса 114,2

Критическая температура, ⁰ С 400-440

Теплоемкость, кДж/кг 46000

Показатель адиабаты при н.у. 1,39

Низшая массовая теплота сгорания, кДж/кг 44000

Скрытая теплота испарения при 760 мм.рт.ст, ккал/кг 70-75

Теоретически необходимое для сгорания газа количество воздуха, кг/кг 14,9

Жаропроизводительность, ⁰ С 2100

Температура воспламенения, ⁰ С 255-370

Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при н.у. (верхний, нижний) 1/6

Характеристика вспомогательных материалов

Азот газообразный предназначен для создания инертной среды при пиролизе УВ. Основные физико-химические свойства азота сведены в табл. 15 [4]

Основные физико-химические свойства азота

Таблица 15

Еще одним вспомогательным материалом является топливный газ, подающийся на горелки печи пиролиза, при сгорании и которого выделяется теплота, необходимая для начала реакций пиролиза. Наиболее важные показатели топливного газа сведены в табл. 16 и 17 [9]

Показатели топливного газа

Таблица 16

Для разбавления бензина с водяным паром применяется водяной пар высокого давления

4. Описание технологического процесса

Основным сырьем процесса пиролиза является бензин, поступающий на пиролиз в печь F112 со склада ЛВЖ (см. приложение 3). Бензин с давлением 13-14 бар поступает через фильтр в межтрубное пространство теплообменников Е 162 А/В, узла первичного фракционирования, где нагревается до температуры 90-120 ⁰ С, за счет тепла закалочного масла, далее нагретый бензин поступает в общий коллектор печей пиролиза F112. Пиролиз бензина проводится в восьмипоточной печи F112.

При проведении выжига кокса или ремонта данных печей, имеется возможность подачи этанового сырья, совместно с бензином, на пиролиз в печь F112.

Сырье поступает из коллектора через регулирующие клапаны, установленные на каждом потоке, в подогреватель сырья конвективной зоны печи с давлением 4,0-6,0 бар – бензин.

Пиролиз углеводородного сырья проводится с разбавлением водяным паром для уменьшения коксообразования и достижения максимального содержания в пирогазе целевых продуктов – этилена и пропилена. Разбавление паром для бензина составляет - 50-60 %. Пар разбавления (технологический пар) вырабатывается в парогенераторах Е171 А/В, узла первичного фракционирования, с давлением 8,0-8,5 бар и температурой 180 ⁰ С, и поступает в перегреватель технологического пара котла-утилизатора, где нагревается до температуры 220-240 ⁰ С и далее в коллектор тех. пара печи F112.Пар разбавления поступает в печь F112 из общего коллектора с давлением 7,0-7,5 бар и температурой 120 ⁰ С, через регулирующие клапаны, в подогреватель технологического пара конвективной зоны печи .Так же технологический пар подается в сырьевые змеевики перед входом в конвекцию(в период пуска, останова печи), под клин пирогазовой арматуры, перед и после ППК, в линию продувки сырья и закалочного масла, на отборы давления печи, в линию прожига.

Далее сырье и тех. пар смешиваются и поступают в высокотемпературный подогреватель конвективной зоны печи.

Пирогаз выходит из печи F112 двумя потоками с температурой 845-855 ⁰ С и давлением 0,4-0,9 бар. Так как на данном этапе первичные реакции разложения углеводородов являются обратимыми, то для того, чтобы сохранить максимальный процент содержания в пирогазе целевых продуктов – этилена и пропилена, схемой предусмотрено резкое охлаждение пирогаза в закалочно-испарительных аппаратах (ЗИА) Е112 А/В печеи F112 до температуры 370-470 ⁰ С с получением насыщенного пара высокого давления.

Пирогаз проходящий по трубкам ЗИА, нагревает питательную воду, поступающую из барабана печи в межтрубное пространство нижней части ЗИА. На печь F112 питательная вода поступает с нагнетания насосов Р831 А-С с давлением 155-165 бар и температурой 130 ⁰ С, так как данные печи имеют собственный подогреватель питательной воды, после которого подогретая до 220-230 ⁰ С вода поступает в барабаны этих печей D12. Для удаления растворенных в питательной воде солей, предусмотрена постоянная продувка (шламование) из барабанов печей F112. В процессе удаления шлама, происходит отвод питательной воды из верхнего слоя уровня барабана печи, где, при получении пара, образуется наибольшая концентрация солей. Количество отводимой воды регулируется специальным вентилем (реактоматом), затем собирается в общий коллектор печей F112, и далее поступает в емкость D829 узла утилизации тепла дымовых газов.

Из барабана D12 печи F112 насыщенный пар поступает в пароперегреватель этих печей, после чего с давлением 110-115 бар и температурой 510-515 ⁰ С поступает в общий коллектор перегретого пара после котла F8001. Дальнейшая дозакалка пирогаза происходит за счет впрыска закалочного масла, поступающего после теплообменников Е164 А/В, узла первичного фракционирования, с температурой 120 ⁰ С, в линию пирогаза после ЗИА. Охлажденный до 200 ⁰ С пирогаз, собирается в общий коллектор печи F112 и поступает в колонну Т141 узла первичного фракционирования.

Для обогрева, печи пиролиза F112 снабжены настенными газовыми горелками. Печь F112 – 72 горелки. Горелки расположенные по фронтальным стенам радиантной зоны печи нагревают, за счет беспламенного горения, внутреннюю поверхность печи, от которой тепло излучением передается к змеевику.

Печь F112 снабжена собственным дымососом и общей дымовой трубой. Дымовые газы печи F112 проходя конвективную зону и подогревая сырье, тех. пар, питательную воду, пар высокого давления, отводятся через дымовую трубу в атмосферу с температурой 150-220 ⁰ С. Для контроля за содержанием О₂ в дымовых газах печи F112 имеются анализаторы кислорода AI 1361.Включение и выключение анализаторов кислорода производится блокировками TIS 1261-1361.

Основным топливом для работы горелок печей является природный газ, метан и водород, поступающие в топливную сеть производства из процесса газоразделения. Для выжига кокса из пирозмеевиков и закалочно-испарительных аппаратов печи F112 предусмотрена установка поворотного колена, соединяющего линию подачи воздуха с линией подачи сырья в печь F 112. При проведении выжига кокса, в сырьевой коллектор подается паровоздушная смесь. Газы раскоксования печи F112 направляются в общий коллектор, затем в коксоуловитель Д112 и далее в дымовую трубу Д 801. На печи F112 имеется возможность сброса газов раскоксования в свою дымовую трубу. [19]

5. Материальный баланс

Основой расчетов химико-технологических процессов являются материальные и тепловые балансы. К расчетам материального баланса следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Материальный баланс может быть представлен уравнением, левую часть которого составляет масса всех видов сырья и материалов поступающих на переработку S G_исход , а правую - масса получаемых продуктов S G_кон плюс производственные потери G_пот

S G _исход = S G _кон + G _пот

Годовой фонд времени при 365 календарных днях составляет 8760 часов. Принимаем, что установка работает 8 462 часа в году. 298 часов - на остановочный ремонт. При мощности установки 110 тыс. т/год, часовая производительность установки составит 110 000 : 8 462 = 13 т/час.

Расчет

Расчет ведем по печи пиролиза производительностью 13 000 кг/час (приложение 1), сырьем для которой является прямогонный бензин.

Для уменьшения парциального давления и коксообразования бензин смешивают с водяным паром в соотношении 60% : 40%, соответственно.

Рассчитываем необходимое количество водяного пара:

13 000 (бензина) кг/час – 60%

х (водяного пара) кг/час – 40%

х= 13 000 ∙ 40/ 60 = 8 666,80 = 8 667 кг/час

Рассчитываем исходную смесь бензина с паром:

13 000 кг + 8 667 кг = 21 667 кг/час

Состав исходного сырья: бензина с водяным паром сведем в табл. 18.

Состав исходного сырья с водяным паром

Таблица 18

В результате пиролиза бензина образуется пирогаз. Объем компонентов пирогаза рассчитываем с помощью пропорции:

Объем получаемого водорода:

21 667,00 кг – 100%

х - 0,71%

х = 0.71 ∙ 21 667,00/100=153,84 кг/час

Объем получаемого оксида углерода:

21 667,00 кг – 100%

х - 0.05%

х = 0.05 ∙ 21 667,00/100=10,84 кг/час

По такому же принципу рассчитываем остальные компоненты пирогаза и сводим в табл. 19

Состав пирогаза

Таблица 19

Технологические потери берем из масляного потока и принимаем равные 0,5% , т.е. 108,33 кг/час. Следовательно, пересчитываем массовые проценты по пирогазу:

21 667,00 – 108,33= 21 558,67 кг/час

Рассчитываем процент массовый объема водорода в пирогазе:

21 450,33 кг – 100%

153,84 - х

х = 153,84 ∙ 100/21 450,33= 0,72%

Результаты подсчетов материального баланса сведем в табл.21 материального баланса: как по массе исходных веществ и продуктов реакции в целом, так и по углеводородному составу, но уже учитывая масло для нагрева бензина в теплообменнике и воду для закалки в ЗИА.

Материальный баланс печи пиролиза

Таблица 21

6. Тепловой баланс

В основе уравнения теплового баланса любого процесса или аппарата лежит закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты (Σ Q ¹ ), поступающей в данный процесс, если в последнем нет превращение ее в другой вид энергии, равно количеству теплоты, выделяющейся в процессе (Σ Q ² ).

Σ Q ¹ = Σ Q ²

Σ Q ¹ - Σ Q ² = 0 [2]

При сопоставлении теплового баланса необходимо учитывать:

1. теплоту, которую несут с собой входящие и выходящие продукты;

2. теплоту, образующуюся за счет физических и химических превращений, если таковы имеют место в данном процессе;

3. теплоту, теряемую аппаратом в окружающую среду.

В уравнение теплового баланса входят главным образом следующие величины:

В приход:

а) теплота (Q ₁ ) входящих в аппарат продуктов;

б) теплота (Q ₂ ) физических и химических превращений;

в) теплота (Q ₃ ), вносимая за счет посторонних продуктов, не принимающих непосредственного участия в процессе (подогрев извне).

В расход:

г) теплота (Q ₄ ) выходящих из аппарата продуктов;

д) потери тепла (Q ₅ ) в окружающую среду.

Таким образом, уравнение теплового баланса примет вид:

Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ = Q ₄ + Q ₅ , [2]

где

Q ₁ – теплота входящих в аппарат продуктов;

Q ₂ – теплота химических и физических превращений, протекающих в данном процессе;

Q ₃ – теплота, подающаяся к аппарату извне через его стенки продуктами, непринимает непосредственного участия в процессе;

Q ₄ – теплота уходящих из аппарата продуктов;

Q ₅ – тепловые потери в окружающую среду.

Расчет

В печь пиролиза входят следующие тепловые потоки: бензина, водяного пара, природного газа, воздуха. Из печи выходят тепловые потоки пирогаза и дымовых газов. См. схему тепловых потоков. Приложение №2.

По справочным данным определяем удельные теплоемкости компонентов и сводим их в табл. 22 [2,4,7,8]:

Удельные теплоемкости компонентов

Таблица 22

Рассчитываем теплоту, входящих в аппарат компонентов по формуле:

Q₁ = t∙(m₁ c₁ +m₂ c₂ +…+m_n c_n ) [2]

где:

Q₁ – теплота, входящих в аппарат продуктов, кДж/час;

t – температура продуктов, водящих в процесс, ºС;

m – количество продукта, входящего в процесс, кг;

c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙град.

Рассчитываем Q₁ , входящих в аппарат продуктов:

Q_{1 бензина} = 120 ∙ (598,01 ∙1,70+4 064,73∙2,16+8 337,46∙2,22)= 3 396 672,00 кДж/час

Q_{1 вод.пара} = 120 ∙ (8 666,80 ∙ 1,80)= 1 872 028,80 кДж/час

На горелки печи пиролиза поступает топливный газ со скоростью подачи– 1440 м³ /час. [Мухина]. Состав топливного газа приведен в табл. 23

Состав топливного газа

Таблица 23

Отсюда:

Q_{1 топл.газа} = 60 ∙ (57,6∙1,73+1339,2∙1,87+43,2∙1,92) = 161 213,4 кДж/час

Для сгорания топливного газа необходима подача воздуха (кислорода воздуха).

Рассчитываем необходимое количество кислорода:

V=1440 V=x

С₃ Н₈ + 5О₂ = 3СО₂ + 4 Н₂ О

M=0,0224 M=5∙0,0224=0,112

x= 1440 ∙ 0,112/0,0224 = 7 200 м³ /час

Следовательно, необходимое количество воздуха:

21% - 7 200 м³ /час

100% - х м³ /час

х=7 200 ∙100/ 21 = 34 285,71 м³ /час

Рассчитываем Q₁ воздуха:

Q_{1 воздуха} = 25 ∙ 34 285,71 ∙ 1,005 = 861 428,46 кДж/час

Рассчитываем теплоту, выводимую из аппарата с продуктами по формуле:

Q₄ = t∙(m₁ c₁ +m₂ c₂ +…+m_n c_n ) (Бесков)

где: Q₄ – теплота, выходящих из аппарата с продуктами, кДж/час;

t – температура продуктов, выходящих из аппарата, ºС;

m – количество продукта, выходящего из аппарата, кг;

c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙град.

Рассчитываем Q₄ пирогаза:

Q_{4 пирогаза} = 850 ∙ (153,84∙ 14,3 + 10,83 ∙ 1,05 + 2,17 ∙ 0,838 + 2,17 ∙ 1,060 + 2 489,54 ∙ 2,23 + 101,83 ∙ 1,68 + 4 606,40 ∙ 1,53 + 452,84 ∙ 1,73 + 153,84 ∙ 1,64 + 1 854,70 ∙ 2,16 + 78,00 ∙ 1,87 + 634,84 ∙ 2,16 + 448,51 ∙ 2,27 + 45,50 ∙ 1,92 + 1 167,85 ∙ 1,70 + 650,00 ∙ 1,71 + 229,67 ∙ 1,70 + 446,34 ∙ 2,27 + 99,67 ∙ 2,10 + 15,17 ∙2,15 + 2,17 ∙2,03 + 138,67 ∙ 2,17 + 62,83 ∙ 2,17 + 708,52 ∙ 1,67 + 7 002,77 ∙ 1,8) = 35 379 278,00 кДж/час

Объем дымовых газов, образующихся в процессе пиролиза, рассчитываем по формуле:

Vt = V₀ ∙ (t+273/273) (Скобло, 511)

Vt – объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при теоретическом расходе воздуха при н.у., м³ /кг;

V₀ – теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, м³

t – температура дымовых газов

Рассчитываем теплоту сгорания топлива:

Теплота сгорания топливного газа – 2 233 000 кДж/кмоль [2,483]

Объем топливного газа: для расчета объема газа воспользуемся формулой:

V = V _{топл.газа} /М = 1 440 000л/час : 22,4 л/моль = 64 285,71 моль/час = 64,29 кмоль/час

Теплота сгорания топливного газа для процесса пиролиза:

Q_{сгор.топл.} = 64,29 ∙ 2 223 000 = 134 479 250,40 кДж/час

Согласно справочным данным [7,207] тепловой эффект процесса пиролиза в стандартных условиях – 6133 кДж/кг.

Находим теплоту химических превращений:

Q₂ = Gq, [12, 103]

где: Q₂ – тепловая нагрузка печи, кДж/час;

G – производительность печи по сырью, кг/час;

q – тепловой эффект процесса пиролиза, кДж/кг.

Q₂ = 13 000 ∙ 6133 = 79 729 000 кДж/час = 22 147 Вт/час

Тепловые потери не должны превышать 3-5% от общей тепловой нагрузки. Выбираем 3%. Отсюда: 220 499 593,06·3/100=6 614 987,79 кДж/час

Результаты подсчётов теплового баланса сведем в таблицу 24

Тепловой баланс процесса пиролиза

Таблица 24

7. Расчет основного технологического оборудования

Конструктивное оформление оборудования определяются технологическими параметрами протекающих в нем процессов. Для обеспечения сочетания прочности и надежности химической аппаратуры с ее экономичностью и материалоемкостью на стадии проектирования необходимо провести механический расчет, который характеризуется следующими параметрами:

Согласно справочным данным [7,207] тепловой эффект процесса пиролиза в стандартных условиях – 6133 кДж/кг.

1. Находим необходимую поверхность нагрева:

F = Q / q _уд [12, 103]

где

F – поверхность нагрева, м² ;

Q - тепловая нагрузка печи, кДж/час;

q_уд – удельный тепловой поток, Вт/м²

F = 22 147/40 = 554 м²

2. Используя данные из [9, 147]принимаем диаметр труб – 0,16 м, толщину стенки – 0,008 м. Находим общую длину труб:

L= F/ πd [10, 75]

где

L- общая длина труб, м;

F – поверхность нагрева, м² ;

π – 3,14;

d – диаметр труб, м.

L = 554/ 3,14 ∙ 0,16 = 1 103 м

3. Число параллельных потоков m сырья в печи не рекомендуется брать больше 4. Для проектируемой печи принимаю m=4. Рабочая длина труб в одном потоке:

L _раб = L/ m

где

L_раб - рабочая длина труб, м;

L- общая длина труб, м;

m – число параллельных потоков сырья

L_раб = 1 103/4 = 276 м

4. Согласно справочным данным [9, 247] рабочая длина одной трубы не более 9 м. Тогда количество труб равно:

N = L _раб/ Ln

где

N – общее количество труб;

L_{раб –} рабочая длина труб, м;

Ln – рабочая длина одной трубы, м

N = 276/9 = 31 труб

5. Рассчитываем время контакта τ:

τ = L / W _ср [13, 104]

где

τ – время контакта, сек;

L - общая длина труб в основном потоке, м;

W_{ср –} средняя скорость потока, м/сек.

Согласно справочным данным средняя скорость сырья для змеевиков типа SRT-II – 400-410 м/сек. Принимаем 400 м/сек, отсюда:

τ = 276/400= 0,7 сек

6. Рассчитываем теплоту, передаваемую радиантной камере печи:

Q_p = B ∙ Q _р ⁿ ∙ η _т ∙ μ [3, 286]

где

Q_{p –} количество тепла, переданного радиантным трубам, кДж/час;

B – расход топлива. Кг/час;

Q_р ⁿ – теплота сгорания топлива, кДж/кг;

η_{т –} к.п.д. топки

μ – коэффициент прямой отдачи

Теплота сгорания топливного газа – 32 000 кДж/кг, коэффициент прямой отдачи – 0,2 [10, 538], к.п.д. топки – 0,9

Q_p = 13 000 ∙ 32 000 ∙ 0,9 ∙ 0,2 = 74 880 000 кДж/час

7. Рассчитываем поверхность нагрева радиантных труб:

Нр= Q_p / q _р

где

Нр – поверхность нагрева радиантных труб, м² ;

Q_{p -} количество тепла, переданного радиантным трубам, кДж/час;

q_р – средняя теплонапряженность по камере радиации, кДж/м² ,

Cредняя теплонапряженность по камере радиации равен 130 230 кДж/м² (10, 524)

Нр= 74 880 000 / 130 230 = 575 м²

8. Рассчитываем теплоту, передаваемую конвекционной камере печи:

Q_к =Q- Q_p

Q_к = 134 479 250,40–74 880 000 = 59 599 250,40 кДж/час = 16 555,35 Вт/час

9. Рассчитываем поверхность нагрева конвекционных труб:

F_k = Q_k /К [12, 545]

где

F_k - поверхность нагрева конвекционных труб, м² ;

Q_k – количество тепла, воспринимаемого концекционными трубами, кДж/кг;

K – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к сырью (12, 545)

Находим коэффициент теплопередачи от дымовых газов к сырью:

К = α₁ [12, 545]

α₁ = 1,1 (α_к + α_р ) [12, 545]

α_р = 0,0256 t_ср – 2,33 [12, 545]

Согласно справочных данных [89] α_к = 9

К = α₁ = 1,1 ∙ [(0,0256 ∙260,5 – 2,33) + 9] = 14,67

Отсюда следует, что поверхность нагрева конвекционных труб:

F_k = 16 555,35 /14,67 = 1 128,52 м²

8. Выбор основного и вспомогательного оборудования

Основным оборудованием процесса пиролиза является печь пиролиза. Вспомогательным оборудованием является теплообменник, расположенный перед печью пиролиза предназначенный для нагрева бензина и закалочно-испарительный аппарат, предназначенный для закалки пирогаза с целью прекращения процессов пиролиза и предотвращения побочных реакций.

Расчет теплообменника:

Кожухотрубный теплообменник представляет собой аппарат, выполненный из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения времени пребывания, следовательно, и интенсивности теплообмена между теплоносителями.

Бензин поступает в трубное пространство. Масло поступает в межтрубное пространство теплообменника. Наружный диаметр трубок принимаю равным 25×2 мм. Для определения характера течения в трубках ( критерий Re ) необходимо знать скорость газа. Для определения скорости предварительно вычисляю проточное сечение, определяемое количеством трубок. Далее рассчитываем:

1. Температурный режим аппарата.

Принимаем конечную температуру масла 100 ºС.

Принимаем противоточную схему движения теплоносителей

Определим расход теплоты и расход масла. Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (масла), индекс «2» - для холодного теплоносителя (бензина).

1. Находим среднюю разность температур:

150 100 °С;

25 120° С;

t _б = 125°С t _м = 20°С

= 58,33°С

где - средняя разность температур

2. Найдем среднюю температуру бензина:

t ₂ = 0,5 (120 + 25) = 72,50 С;

3. Средняя температура масла:

= 72,50 + 58,33 =130,83 С

4. Находим количество теплоты, передаваемой бензину в теплообменнике:

Q = G ₂ · c ₂ ( t _2к – t _2н )

где:

Q – тепловая нагрузка аппарата, кДж/кг

G₂ - массовый расход бензина, кг/час

с₂ = 2,03 кДж/кг∙град – теплоемкость бензина

Q=13000·2,03·95=2 507 050,00 кДж/час

5. Находим необходимое количество масла для нагрева бензина:

30 024,55 кг/час

где:

G – массовый расход масла, кг/час

c – удельная теплоемкость компонента, кДж/кг·°С

t_н – начальная температура компонента, °С

t_к – конечная температура компонента, °С

Q – тепловая нагрузка аппарата по бензину.

5. Объемный расход масла и бензина:

V = G / ρ ·3600

где:

V – объемный расход веществ, м³ /с

G – массовый расход веществ, кг/час

ρ – плотность веществ, кг/м³

V₁ = 30 024,55 /880·3600=9,48·10^-3 м³ /с

V₂ =13 000,00/720·3600=5,02·10^-3 м³ /с

6. Величину поверхности теплообмена определяю из уравнения [1,175]

;

где:

F – поверхность теплообмена, м²

К – коэффициент теплопередачи для данного типа оборудования, выбирается по таблице, кДж/час [1, 180],

– разность температур; °С

Q – количество теплоты, передаваемое в теплообменнике бензину, кДж/м² ∙ час ∙ град [1,175]

Из величины F следует, что проектируемый теплообменник может быть многоходовым. Поэтому для правильности расчета нужно сделать поправку для многоходовых теплообменников.

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Бензин направим в трубное пространство, так как это активная среда, масло - в межтрубное пространство.

7. В теплообменных трубах Æ25*2 мм по ГОСТ 15120-79 скорость течения смеси при Re > 10000 должна быть более. Для расчета критерия Рейнольдса:

Рассчитываем проточное сечение в трубном пространстве: [1,176]:

F ₁ = 397 ;

где:

f₁ – проточное сечение; м²

d₁ – диаметр трубопровода, м²

f₁ = 397 = 0,2 м²

13. Скорость движения в трубках [1,175]:

с₁ = ;

где V₁ – объемный масла при средней температуре, м³ /час

f₁ – проточное сечение; м²

с₁ – скорость движения в трубках, м/с

с = = 41,7 м/с

8. Число труб, обеспечивающих такой режим, должно быть:

т.е. число труб n < 245.

9. Рассчитываем проточное сечение в межтрубном пространстве: [1,176]:

F ₂ = 397 ;

где:

f₂ – проточное сечение; м²

d₂ – диаметр трубопровода, м²

f₂ = 397 = 199,45 м²

10. Скорость движения в межтрубном пространстве: [1,175]:

С₂ = ;

где V₂ – объемный масла при средней температуре, м³ /час

f₂ – проточное сечение; м²

с₂ – скорость движения в трубках, м/с

с = = 0,2 м/с

Выберем вариант теплообменника

Теплообменник «кожухотрубный» в = 600; в = 25*2; z=4; n/z = 206; L = 6 м.

Скорость течения в трубах, для обеспечения турбулентного режима, должна быть более 41,7 м/с.

а) Трубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для масла:

9. Критерий Рейнольдса:

Re ₁ = G ₁ /[0,785 d _вн ( n / z ) m ₁

где Re₁ – критерий Рейнольдса,

G₁ – расход нагревающего масла, м³ /час,

d_вн –диаметр трубок = 0,03,

m₁ – вязкость масла, 1,2·10^-3 Па·с

Re₁ = 30 024,55 /[0,785×0,025(52/2) 1,2 ×10^-3 = 40 863,07

10. Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта:

Nu₁ = 0,021Re₁ ^0,8 Pr₁ ^0,42 (Pr₁ /Pr _{ст 2} )^0,25 ,

где Рr₂ = 10,02 – критерий Прандтля для бензина при 20 °С

Принимаем в первом приближении отношение (Pr₂ /Pr_ст2 )^0,25 = 1, тогда

Nu = 0,021×40 863,07^0,8 ×101,72^0,43 = 0,021·987·7,3=605,24

б) Межтрубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для масла:

11. Критерий Рейнольдса:

Re ₂ = G ₂ /[0,785 d _вн ( n / z ) m ₂

где Re₂ – критерий Рейнольдса,

G₂ – расход бензина м³ /час, d_вн – внутренний диаметр трубок, м

Re₂ = 13000/[0,785×0,8(206/4) 0,22 ×10^-3 = 18 270,64

12. Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта:

Nu₂ = 0,021Re₂ ^0,8 Pr₂ ^0,42 (Pr₂ /Pr _{ст 2} )^0,25 ,

где Рr₂ = 10,02 – критерий Прандтля для бензина при 20 °С

Принимаем в первом приближении отношение (Pr₂ /Pr_ст2 )^0,25 = 1, тогда

Nu = 0,021×18 270,64^,8 ×10,02^0,43 = 0,021·2130,68·2,69=120,36

Расчет закалочно-испарительного аппарата:

Рассчитываем закалочно-испарительный аппарат для охлаждения пирогаза объемом 21 558,67 от температуры 840°С до температуры 370°С. Далее расчет ведем по примеру из [3, 205]

1. Температурная схема для противотока:

840 370

220 25

Δt_м =620 Δt_б =345

2. Средняя разность температур:

Δ t _ср = Δ t _м - Δ t _б / ln Δ t _б / Δ t _м = 620 - 345/ln1,8 = 275/0,58 = 474°С

3. Средняя температура пирогаза:

Δt_{пирогаза} = 840+370/2=605°С

4. Средняя температура воды:

Δt_воды = 25+220/2=122,5°С

5. Подсчет тепла, выделяемого при охлаждении пирогаза от 840°С до 370°С, ведется по отдельным компонентам:

6. Весовое количество газов:

7. Количество теплоты, необходимое для охлаждения компонентов определяем по формуле:

q = G ( c_s ) · Δt _{пирогаза}

где

q - количество теплоты, необходимое для охлаждения компонентов, кДж/час

G – количество вещества, кг/час

c_s – теплоемкость компонента, кДж/кг · °С

Δt _{пирогаза} – средняя температура конечной и начальной температуры пирогаза, равная 195°С

Охлаждение водорода:

q_Н2 =169,01·14,3·605= 1 462 190, 01 кДж/час

Охлаждение метана:

q_{CH 4} =2 591,37·2,23·605= 3 496 146,84 кДж/час

Охлаждение этилена:

q_С2Н4 =5 213,08·1,53·605= 7 033 226,88 кДж/час

Охлаждение пропилена:

q_С3Н6 =3 061,55·1,64·605= 3 037 669,91 кДж/час

Охлаждение ароматических УВ:

q_{аром.УВ} =2 756,04·1,7·605= 2 834 587,14 кДж/час

Охлаждение фракции С₇

q_С7 =764,85·2,2·605= 1 018 015,35 кДж/час

Охлаждение воды:

Q_воды =7 002,77·1,8·605= 7 626 016,53 кДж/час

8. Общее количество тепла, передаваемое в ЗИА:

Q_общ = q_Н2 + q_{CH 4} + q_С2Н4 + q_С3Н6 + q_{аром.УВ} + q_С7 + Q_воды = 1 462 190, 01 + 3 496 146,84 + 7 033 226,88 + 3 037 669,91 + 2 834 587,14 + 1 018 015,35 + 7 626 016,53 = 26 507 852, 66 кДж/час

Полученный данные сводим в таблицу теплового баланса

9. Находим расход воды для охлаждения пирогаза:

M_s = Q / c_s · Δt

где:

M_s – расход воды, кг/час

Q – общее количество теплоты, передаваемое ЗИА, ккал/час

c_s – теплоемкость воды, кДж/кг · °С

Δt - температура конечной и начальной температуры пирогаза, равная 605°С

M_s = 26 507 852, 66 /1,8·605= 24 341,46 кг/час

Полученный данные сводим в таблицу материального баланса

10. Рассчитываем проточное сечение [1,176]:

f = 397 ;

где:

f – проточное сечение; м²

d – диаметр трубопровода, м²

f = 397 = 0,5 м²

13. Скорость движения в трубках [1,175]:

с = ;

где V – объемный расход воды при средней температуре, м³ /час

f – проточное сечение; м²

с – скорость движения в трубках, м/с

с = = 10,55 м/с

14. Рассчитываем поверхность теплообмена:

F = Q / Δt · k

Где К – коэффициент теплопередачи для данного типа оборудования, выбирается по таблице [1,180], К = 600 кДж/м² ∙ час ∙ град;

– разность температур; °С

Q – количество теплоты, передаваемое в теплообменнике бензину, кДж/м² ∙ час ∙ град [1,175]

F = 26 507 852, 66 /605 · 600 = 73,02 м²

15. Отсюда длина труб:

L = F /π d_{c р}

L = 73,02/3,14·0,0275 = 845,63 м

15. При длине труб, равной 8 м получаем количество труб:

n = 845,63 : 6 = 140,94 трубка

Исходя из этих расчетов выбираем 4-х ходовой теплообменник с поверхностью теплообмена 97 м² и количеством трубок 206

16. Критерий Рейнольдса [1,175]:

Re = G /[0,785 d _вн ( n / z ) m ₂

Re=25 390,08/0,785·0,03·206/4·2,8·10^-3 =34 766,67

Значение Re =14 093,71 соответствует турбулентному типу течения

9. Контроль производства

9.1 Контроль производства и управление технологическим процессом

Для контроля за нормальным течением технологического процесса создается нормативный документ, называемый технологическим регламентом, в котором обозначены основные технические требования. Контроль производства и управление технологическим процесса пиролиза бензина сведем в таблицу 25. [19]

Контроль производства и управление технологическим процессом

Таблица 25

9.2 План аналитического контроля

Аналитический контроль широко реализует в самых разнообразных производствах. В промышленности требуется аналитический контроль исходного сырья, промежуточный и конечный продуктов производства.

Необходимо постоянно анализировать продукты химического производства, особенно на присутствие канцерогенных веществ. Эффективное ведение химического производства требуется постоянного контроля. Наблюдение за состоянием окружающих среды – вод, атмосферного воздуха, почв – также требует проведение аналитических определений разнообразных загрязнений.

Совершенствование существующих и создание новых методов аналитического контроля – одна из основных задач, без решения которой невозможен технический прогресс в этой отрасли, дальнейший рост производства и повышение качества продукции. Оперативность аналитического контроля сокращение продолжительности анализа, массовость определений – настолько острые проблемы, что их решение возможно только путем использования последних достижений аналитического науке и практике.

Следует отметить, что круг объектов анализа в основной химической промышленности имеет тенденцию постоянного расширения. Как следствие, значительно расширился арсенал методов аналитической химии, используемых в практике современных химических лабораторий основной химической промышленности. Классические методы химического анализа занимают все меньшую долю в общем объеме аналитических методик. Существенно увеличивается доля физико – химических и физических методов анализа.

Для определения основного компонента или примеси предполагается несколько метолов, что дает возможность выбрать эффективный метод анализа для каждого конкретного случая. Выбор метода для решения конкретных задач обусловлен интервалом измерительных концентраций, погрешностью измерения, длительность анализа.

План аналитического контроля цеха пиролиза УВ нефти сводим в табл.26

9.3 Перечень систем сигнализаций и блокировок

Перечень уставок аварийно-предупредительной сигнализаций и аварийно-предупредительных блокировок сведем в табл.26

Перечень систем сигнализаций и блокировок

Таблица 27

10. Охрана окружающей среды

Ответственное отношение к окружающей природной среде - важнейший критерий природоохранной деятельности на нашем предприятии. Вопросы охраны окружающей среды принципиально важны, поэтому целью управления природоохранной деятельностью является обеспечение выполнения установленных экологических норм, требований, правил, снижающих вредное воздействие процессов производства на окружающую среду.

Природоохранная деятельность на нашем предприятии – это целенаправленная деятельность по обеспечению благоприятных экологических условий для жизни, гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду, рационального использования природных ресурсов с учётом законов природы.

Управление природоохранной деятельностью в 2005 году представлено планомерным функционированием системы управления охраной окружающей среды, что привело к постепенному повышению экологической эффективности, и позволило активизировать деятельность производственных подразделений в реализации экологических показателей.

Основными действующими элементами экологического управления на нашем предприятии являются:

политика ООО «Ставролен» в области охраны окружающей среды, которая соответствует масштабу воздействия на окружающую среду, создаваемого деятельностью Общества, и направлена на постоянное улучшение системы экологического менеджмента и на уменьшение воздействия на окружающую природную среду.

планирование природоохранной деятельности исходя из приоритетных экологических аспектов с учётом производственно-хозяйственной деятельности подразделений. Конкретные экологические задачи предусматриваются в ежегодном «Плане природоохранных мероприятий» и «Программах экологической безопасности

ведение экологического мониторинга и производственного экологического контроля за осуществляемой деятельностью предприятия в соответствии с поставленными экологическими целями. Эколого-аналитический контроль проводится экологической лабораторией с целью обеспечения постоянного контроля за соблюдением действующих нормативов качества окружающей природной среды в соответствии с «Положением о производственном контроле в области охраны окружающей среды».

управление персоналом мотивацией к деятельности в области охраны окружающей среды и профессиональная подготовка специалистов, непосредственно отвечающих за экологическую безопасность предприятия. Для реализации этого элемента действует «Положение о смотре – конкурсе по вопросам охраны окружающей среды», целью которого является привлечение к вопросам охраны окружающей среды всех работников Общества.

внедрение системы экологического менеджмента, в соответствии с «Программой сертификации единой корпоративной системы на соответствие требованиям международных стандартов в области качества (ISO 9001), охраны окружающей среды (ISO 14001), промышленной безопасности и охраны труда (OHSAS 18001).

Производственный экологический контроль и мониторинг за состоянием атмосферного воздуха ведет экологическая лаборатория ООО «Ставролен», которая осуществляет:

за выбросами от стационарных источников загрязнения;

контроль за работой пылегазоочистного оборудования;

контроль за состоянием воздуха на рабочих местах и на промплощадке;

контроль за состоянием воздуха в санитарно-защитной и селитебной зонах;

проведение подфакельных наблюдений;

контроль за состоянием воздуха в период неблагоприятных метеоусловий.

С целью обеспечения гарантии качества аналитической информации экологическая лаборатория аттестована ФГУ «Ставропольским Центром стандартизации, метрологии и сертификации». В работе используется 85 инструментальных методик количественного химического анализа.

Для оперативного наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы экологическая лаборатория производит отбор проб и определяет содержание загрязняющих веществ в воздухе санитарно-защитной зоны, на границе санитарно-защитной зоны и селитебной зоне с помощью передвижного экологического поста на базе автомобиля «Газель».

Эта передвижная лаборатория, оснащенная современными приборами, позволяет оперативно определять концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и промышленных выбросах.

Для проведения анализов в воздухе рабочей зоны с системой обработки данных и сетевым оборудованием был приобретён двухканальный газовый хроматограф TRACE GC Ultra производства фирмы «Thermo Electron S.p.A.» с полным цифровым контролем всех газов. Хроматограф откалиброван на определение этилена, пропилена, изопентана, ацетальдегида, ВАЦ, этилацетата в воздухе рабочей зоны. Ввод в работу нового хроматографа с капиллярными колонками увеличило селективность определения вредных веществ.

В цехе разделения пирогаза и получения бензола производства пиролиза углеводородов нефти, очистки, компримирования, разделения пирогаза для снижения выбросов вредных веществ от неорганизованных источников произведёна замена насосов на герметичные с двойными торцевыми уплотнениями.

Выбросы в атмосферу по печи пиролиза сводим в табл. 28.

11. Техника безопасности при эксплуатации оборудования и ведения технологического процесса

11.1 Основные опасности производства

Производство связано с применением и переработкой больших количеств легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей и газов в сжиженном и газообразном состоянии. Опасность производства увеличивается с получением и применением вредных токсичных веществ - бензина, пирогаза. Применением огневого нагрева, ведением процесса в широком диапазоне температур (от 25⁰ С до +860⁰ С).

Наличие на установке веществ, относящихся к легковоспламеняющимся жидкостям и газам с низкой температурой вспышки и высокой упругостью паров, обуславливает повышенную взрыво- и пожароопасность.

Ввиду того, что пары углеводородов тяжелее воздуха и собираются в низких местах и углублениях, наибольшую опасность представляют люки, колодцы, где могут образовываться взрывоопасные смеси паров углеводородов с воздухом.

Применение открытого огня в местах, не предусмотренных для этих целей, заряды статического электричества, удары искрящего инструмента о металл, самовозгорание промасленных обтирочных материалов и полимеров, курение в неустановленных местах могут вызвать воспламенение или взрывы горючих смесей, образовавшихся в результате негерметичности системы.

Наличие тупиковых участков создает угрозу нарушения герметичности трубопроводов, вследствие их размораживания.

11.2 Меры безопасности при эксплуатации производства

Безопасность работы установки обеспечивается рядом решений.

Технологический процесс осуществляется по непрерывной схеме.

Производственные процессы автоматизированы. Управление технологическими процессами централизованно и осуществляется из помещения операторной. Выбор оборудования, материалов систем контроля и автоматизации выполнены с учетом условий взрыво- и пожароопасности производства.

Производство оснащено комплексной автоматизированной системой управления, с помощью которой возможен постоянный контроль над параметрами процесса и управление режимом при поддержании их регламентированных значений.

В целях предотвращения пожаров и взрывов:

а) перед пуском в работу системы аппаратов и трубопроводов продуваются азотом до содержания кислорода не более 0,2 % об.;

б) для поддержания избыточного давления в колоннах при пуске или останове цеха, предусмотрена подача топливного газа.

в) для исключения возможности образования взрывоопасной смеси в топках печей пиролиза и котла – утилизатора предусмотрена автоматическая защита по минимальному разряжению дымовых газов, которая прекращает подачу топливного газа к котлу – утилизатору, а так же топливного газа и сырья к печам пиролиза.

г) не допускать ремонтных работ, связанных с применением открытого огня без специального разрешения;

д) не допускать применение для производства ремонтных работ искрящего инструмента;

е) не производить ремонтных работ на оборудовании и трубопроводах если они находятся под давлением и не освобождены от продуктов;

ж) не производить продувки воздухом аппаратов и трубопроводов, заполненных газом и парами.

Установка оснащена устройствами пожаротушения, которые можно разделить на две основные группы:

- системы пожарной сигнализации;

- системы пожаротушения.

К системе пожарной сигнализации относятся ручные пожарные оповещатели. Оповещение о пожаре можно сделать с любого внешнего переговорного пункта (красная кнопка с крышкой).

Вызов фиксируется и сообщается по системе сигнализации. Пожарная сигнализация работает до тех пор, пока не будет нажата кнопка сброса.

Для оповещения о пожаре можно также использовать и другие системы связи, как переносные переговорные устройства, заводские телефоны и т.д.

К системе пожаротушения относятся:

система пожарной воды;

система паровой завесы;

полустационарная система паро- и азототушения.

Система пожарной воды состоит из пожарных насосов, надземной трубопроводной сети и потребителей воды (гидранты, водяные пушки, системы орошения для колонн).

К границе этиленовой установки подводится обратная охлаждающая вода давлением 5-5,5 бар максимальное 8,0 бар для 3 по 50 % пожарных насосов производительностью подачи по 500 м3/ч каждый. Объем пожарной воды составляет 1000 м3/ч.

Надземная сеть трубопроводов представляет собой кольцеобразную систему трубопроводов Ду 300 с поперечными соединениями и подает к потребителю пожарную воду от насосов под землей, что обеспечивает защиту от замерзания. С помощью задвижек система трубопроводов разделяется таким образом, что в случае повреждения закрывается, только соответствующий участок, а не вся сеть пожарной воды.

Установка оборудована:

20 гидрантами;

12 пожарными пушками;

18 оросителям колонн.

Гидранты устанавливаются с ручными задвижками на участках, защищенных от замерзания, которые открываются и закрываются с помощью удлиненного шпинделя. При давлении 8 бар водяные пушки имеют дальность действия около 60 м (без влияния ветра) и производительностью орошения не менее 0,1 л/сек на м² . Оросители колонн оборудованы сухими стояками. При необходимости оросители подключаются к ближайшему гидранту.

Для трубчатых печей предусмотрена система паровой завесы в случае пожара:

наружной паровой завесы, включаемой при прорыве газов на установке;

наружного паротушения с использованием паровых шлангов для ликвидации возможных загораний при утечке паров или газов;

внутреннего пожаротушения и загорании в них нагреваемых продуктов, а также для продувки камер перед розжигом и после остановки.

Паровая завеса работает от пара среднего давления (МД) установки включается НС8025.

С целью сохранения футеровки в работоспособном состоянии во время продувки и пожаротушения (предусмотрена подача азота внутрь печей).

Полустационарные системы паро- и азототушения предназначены для тушения пожаров на этажерках и колонных аппаратах. На установке предусмотрена разводка стояков с арматурой для присоединения шлангов.

Для ликвидации небольших очагов пожара используется первичные средства пожаротушения, к которым относятся:

ручные огнетушители ОУ-5, ОУ-20;

песок, асбестовые одеяла.

Меры безопасности перед пуском оборудования

Все работы по подготовке и пуску основного оборудования отделения пиролиза производятся под руководством начальника смены, на основании письменного распоряжения начальника цеха, зам. начальника цеха, начальника отделения.

Внешним осмотром убедиться в исправности аппаратов трубопроводов, фланцевых соединений, запорной и предохранительной арматуры, контрольно-измерительных приборов, заземления;

проверить сделана ли запись в журнале нач. смены после ремонта, механиком цеха и службой KИПиА о готовности оборудования к работе;

убедиться в снятии ранее установленных заглушек по журналу " Установки и снятия заглушек" и визуально по месту.

Произвести продувку систем азотом по следующей схеме:

настроить подачу азота через дренаж клапана PRCA 8421;

открыть арматуру после клапана PRCA 8421 и клапан на 30% приоткрыть арматуры по топ. газу на F1012 фланцы на заглушках разболтить и вставить электроды. Открыть дренаж на коллекторе RB-24 на тупиковом участке, закрыть арматуру на линии топ. газа dу-300 на RB-21 в цеха;

открыть арматуру dу-80 и клапан PIC 1531 и провести продувку коллектора топ. газа до содержания О2 < 0,2% затем арматуры на печи закрыть, электроды убрать, фланцы сболтить. Закрыть дренаж на тупике RB 24, закрыть клапан PIC 1531. Систему оставить под давлением азота 0,2 - 0,5 атм.;

по согласованию с аппаратчиком пиролиза по обслуживанию котла утилизатора продуть линию топ. газа на K.У.;

разболтить фланец на арматуре МЦK, открыть байпас PRCA 8421 и продуть коллектор топ. газа до арматуры на МЦK до анализа О2 < 0,2% байпас закрыть, фланец сболтить. Kоллектор оставить под давлением 0,2 - 0,5 атм.

по согласованию с аппаратчиками цеха открыть арматуру dу-300 коллектора топ. газа RB-21 и провести продувку линии топ. газа в цех отбор анализов и контроль осуществляют аппаратчики цеха;

по окончании продувки, продуть линию топ. газа на факел через клапан PIC 84022 до содержания О2 < 0,2% , затем клапан закрыть и оставить систему под давлением азота 0,2 - 0,5 атм , контроль по PI 843;

Коллектор бензина:

подсоединить временную линию от ВМСТ №8 на BF 08 на дренаж фильтра по бензину на входе в цех, открыть арматуру после фильтра и продуть линию бензина на в 151. Сброс в воздушник перед арматурой на D151 до содержания О2 < 0,2%, воздушник закрыть и установить пробку;

по согласованию с аппаратчиками узла выделения бензинов цеха №2 продуть линию подачи фракции С₅ от Р941 А/В. Kонтроль за продувкой осуществляют аппаратчики цеха №2;

открыть арматуру на входе Е 1602 А/В, и продуть теплообменники по межтрубному пространству через дренажи перед арматурами после теплообменников до содержания О2 < 0,2 %;

продуть линии бензина по байпасам SV 168-169 на Т.Г.Ф. затем байпасы закрыть и опломбировать;

открыть арматуры после Е 162 А/В по бензину и продуть коллектор бензина на F 112 через приоткрытые арматуры и распущенные фланцы на заглушках по бензину на F 112 до содержания О2 < 0,2%;

по окончании продувки арматуры на печах закрыть фланцы, сболтить заглушки в положении "закрыто";

арматуры по бензину на Е 162 по входу и выходу закрыть, систему оставить под избыточным давлением азота 0,2 ÷ 0,5 атм.;

Теплообменник Е 841.

подсоединить шланг с азотом на дренаж после клапана отсекателя LS 8432;

приоткрыть байпас dу-25 линию SV 842 и арматуру dу-150 на Т.Г.Ф;

арматуру dу-150 в топ. сеть закрыть;

открыть клапан PIC 841 и продуть теплообменник азотом со сбросом на

ТГФ до содержания О2 < 0,2%;

по окончании продувки закрыть байпас dу-25 и арматуру dу-150 на ТГФ и опломбировать, закрыть клапан PIC 8401 , закрыть дренаж после клапана отсекателя LS 8432, перекрыть азот, отсоеденить шланг, теплообменник оставить под избыточным давлением азота, контроль по РI 18431 0,2 - 0,5 ати.;.

Барабаны и ЗИА печи F112.

демонтировать заглушки dу-25 на линии азота в D12;

открыть дренажи на ЗИА 112 А/В открыть азот от ВМСТ №2 и подать азот в барабаны, после продувки дренажи закрыть, систему оставить под давлением азота.

Коллектор закалочного масла на F 1012.

закрыть клапаны TICA 1051 - 1058, 1151 – 2, 1263, 1363;

приоткрыть коренные арматуры и дренажи после арматур и провести продувку коллектора закалочного масла на печи F 112 до анализа О2 < 0,2%. Затем закрыть арматуры и дренажи установить пробки на дренажи, коллектор оставить под избыточным давлением азота 0,2 - 0,5 атм.

После окончания продувки всю арматуру на аппаратах и трубопроводах закрыть, вентили к контрольно-измерительным приборам и арматуру до и после регулирующих клапанов оставить открытыми.

Оставить систему под избыточным давлением азота 0,2 ÷ 0,5 ати.

Убедиться в наличии необходимых энергетических средств:

а) оборотной воды;

б) технологического воздуха и воздуха KИП;

в) электроэнергии;

г) пара среднего давления с котельной цеха;

д) азота из цеха;

е) хим. очищенной воды с котельной цеха

через начальника смены согласовать с дежурным слесарем KИП включение и настройку первичных и вторичных приборов с записью в «Журнале рапортов начальника смены» о готовности средств КИПиА после ремонта;

в случае обнаруженных каких-либо неисправностей или отсутствии каких-либо энергетических средств, аппаратчик 6-го разряда должен доложить начальнику смены.

Все регулирующие клапана должны быть установлены на ручное управление закрыты, а также закрыть арматуру на байпасах.

Подача сырья в печь осуществляется после вывода ее на режим горячего простоя, т.е. температура пара на выходе из печи не менее 750 ⁰ С, пар после ЗИА поступает в колонну Т1401, на печь подается закалочное масло, барабан печи подключен по питательной воде и насыщенному пару.

После подключения аппаратчиками первичного фракционирования теплообменников Е162А/В по бензину, необходимо принять бензин в коллектор печей пиролиза для чего:

открыть клапан отсекатель HS 104, визуальным осмотром убедиться в отсутствии пропусков в сальники арматур, фланцевые соединения термокарманов и арматур;

доложить нач. смены о приеме бензина в коллектор печей пиролиза;

закрыть вентиля к отборам диафрагм FI 1028;

открыть тех. пар на продувку змеевиков и опресовать линии бензина до клапанов давлением 8 атм по манометру 112;

устранить выявленные дефекты;

закрыть тех. пар на продувку змеевиков, открыть дренаж перед клапаном-отсекателем по бензину, и стравить давление;

развернуть заглушку на линии бензина в положение "открыто";

закрыть дренаж перед клапаном-отсекателем по бензину и установить пробку;

на мониторе АСУ установить ключ выбора сырья на бензин;

открыть клапан-отсекатель по бензину, приоткрыть арматуру на 2-3 оборота по бензину и убедиться по манометру 1012 о приеме бензина до клапанов FICA 1018; FICA

визуальным осмотром убедиться в отсутствии пропусков бензина на фланцевых соединениях, сальниковых уплотнениях, импульсных трубках и шкафах KИПиА;

Примечание: При наличии пропуска бензина, перекрыть арматуру по бензину, продуть змеевики тех. паром, устранить пропуск, доложить нач. смены и приступить к приему бензина;

по согласованию с нач. смены цеха отрегулировать давление бензина 5-7 атм;

начать розжиг горелок снизу вверх на печи, одновременно увеличивать расход бензина по 350 кг на каждый поток через 2-3 мин;

вести контроль за состоянием змеевиков и противовесов;

поддерживать разрежение в печи, постоянно контролируя по приборам PICA 1361 на 112;

при нагрузке на печь 60-70% медленно закрыть технологический пар в линии бензина;

при помощи слесаря KИПиА продуть импульсные трубки по линиям продувки в емкость D1 на BF04 и настроить расходчики по бензину;

перевести управление клапанами по бензину в автоматическое регулирование, включить задачу по выравниванию температуры, установить необходимое соотношение пар/сырье, подать на печь требуемое количество сырья;

по мере увеличения расхода бензина на печи, поднять давление бензина на входе в цех до 13,0-13,5 бар;

Примечание: подробно включение задач и регулировка процесса описано в инструкции 101-Ц-6.

Меры безопасности при останове оборудования

Останов печей пиролиза производят на основании письменного распоряжения начальника цеха, зам. начальника цеха, начальника отделения, по указанию начальника смены, под руководством аппаратчика пиролиза 6-го разряда.

При останове печи на горячий простой необходимо:

приступить к снижению температуры пирогаза на выходе из печи до 750 ⁰ С путем уменьшения давления топливного газа подаваемого на горелки и отключением части горелок, с одновременным снятием сырья;

после снятия 30-40% сырья, медленно подать пар в линии сырья по 300 кг/час на поток;

снижение температуры производить отключением горелок сверху вниз, поддерживая постоянное разряжение в печи путем закрытия шиберов на выходе дымовых газов из печи;

после закрытия клапанов по сырью, закрыть арматуру на линии бензина, этана, ШФЛУ, открыть арматуру на линии технологического пара для продувки змеевиков и продуть коллектор бензина, этана, ШФЛУ в течении 30 минут через клапана по сырью;

закрыть клапана, закрыть арматуры по технологическому пару, открыть дренажный вентиль перед клапаном-отсекателем, стравить давление и установить заглушку по бензину;

установить общий расход пара 8000 кг/час на бензиновую, и 4000 кг/час на этановую печь;

продолжать работать до особого распоряжения, поддерживая температуру паровой смеси на выходе из печи 750 ⁰ С ;

Останов печей на холодный простой

После останова печи на горячий простой необходимо:

прижать арматуру по пирогазу до повышения давления паровой смеси после ЗИА до 1,0 бар., ориентируясь по манометрам, PI 1182 и пропарить арматуру в течении 1,0-1,5 часов;

закрыть арматуру на линии закалочного масла перед клапаном TICA 1236, 1336 на F 112 и сам клапан;

демонтировать заглушку на линии тех.пара dу-25 на продувку линии закалочного масла и пропарить линию закалочного масла в линию пирогаза в течении 2-х часов.

после окончания продувки закрыть тех. пар и установить заглушку dу-25.

отключением горелок продолжать снижение температуры паровой смеси на выходе из печи до 500 ⁰ С со скоростью 50 ⁰ С/час, от 500 ⁰ С до 250 ⁰ С - со скоростью 25 ÷ 30 ⁰ С/час .

- при температуре паровой смеси на выходе из печи 500 ⁰ С, уменьшить расход пара до 350 кг/час

развернуть заглушку по прожигу на F1012 в дымовую трубу или в D112 в положение "открыто";

После окончания пропарки пирогазовой арматуры, перевести пар после печи из D112, или в дымовую трубу для F112, для чего:

перекрыть тех. пар под клин пирогазовой арматуры, медленно приоткрывать арматуру по прожигу, поддерживая давление после ЗИА 1,0 бар, закрыть арматуру по пирогазу;

закрыть арматуру на линии пирогаза после ППK

продолжить снижение температуры на печи отключением горелок и снижением давления топливного газа;

При температуре дымовых газов на перевале печи 250 ⁰ С прекратить подачу тех. пара на печь, для чего:

закрыть арматуру dy-25 на линии тех. пара под клин пирогазовой арматуры;

закрыть арматуру dy-25 на линии тех. пара в линию пирогаза после ППK, кроме F1011 ÷ 1012;

закрыть коренную арматуру на линии тех. пара на печь;

открыть дренаж с линии пирогаза перед пирогазовой арматурой, дренажи до и FICA1321 ÷ 8 на F1012;

закрыть арматуры dу-25 по тех. пару на отборе давления перед ЗИА на F112;

закрыть арматуру и реактомат на линии постоянной продувки из барабана;

закрыть питательную воду в барабан паросборник;

после окончания чистки ЗИА, слить воду с ЗИА, демонтировать заглушку на линии азота в D101 ÷ 100 и подать азот в барабан паросборник, продуть ЗИА через дренажи до отсутствия влаги, закрыть дренажи и оставить систему под азотом;

при снижении давления пара HD на выходе из, F1012 менее давления пара HD на выходе из котла-утилизатора по PICA 1264, 1364, открыть клапан PICA 1264, 1364 и сбросить пар на шумоглушитель в атмосферу, арматуру после клапана PICA 1264, 1364, в коллектор пара HD, закрыть;

при снижении температуры пара HD ниже 450 ⁰ С , закрыть клапан TDICA 1255, 1355 и отсечь клапан арматурой;

перекрыть арматуру на линии постоянной продувки D102;

при снижении давления пара ниже 24 бар. закрыть питательную воду в барабан паросборник D102 на LICA 1351, и коренную арматуру по питательной воде на печь;

продолжать выпаривание воды с ЗИА на шумоглушитель для исключения перегрева змеевиков пароперегревателя;

после окончания чистки ЗИА, слить воду с D102 через клапан HC 1347 и через дренажи ЗИА;

демонтировать заглушку dу-25 на линии азота в D102 и подать азот в барабан, продуть коллектора пара HD, пароперегреватель, линию пит. воды до ЗИА, до отсутствия влаги через дренажи, закрыть дренажи и оставить систему под давлением азота;

оставить печь на 4-х горелках F112

при необходимости ремонта внутри печи погасить горелки на печах, стравить давление со стояков, отглушить печь по топливному и дымовым газам. F1012 остановить дымососы С 1012;

стравить давление на холодный газовый факел по байпасам ППК SV 16141,16142;

открыть арматуры с нижней части испарителей Е 166 А/В и освободить испарители на холодный жидкий факел, предварительно поставив в известность аппаратчика факельной установки цеха;

настроить шланг от ВМST на дренаж перед клапаном PICA 1610 и продуть азотом на холодный газовый и жидкий факел через байпасы ППК SV 16152 и с нижней части Е 166 А/В в течении 30-50 минут;

Выжиг кокса

В процессе пиролиза углеводородного сырья в радиантной части пирозмеевиков образуется кокс, часть его уносится в виде мелких частиц с газом пиролиза, часть отлагается на стенках труб.

Hаибольшее отложение кокса происходит:

на стенках труб в радиантной части печи ближе к выходу пирогаза ;

в местах установки термопар в радиантной секции;

в местах сварочных швов, двойников соединяющих потоки;

в закалочно-испарительных аппаратах и линиях пирогаза до и после ЗИА.

Увеличению отложений кокса способствует:

увеличение параметров жесткости процесса пиролиза;

уменьшение количества подаваемого технологического пара, для снижения парциального давления;

появление местных перегревов труб радиантной секции из-за неправильной работы горелок;

содержание в сырье повышенного количества углеводородов изостроения непредельного ряда;

увеличение перепада давлений до и после ЗИА.

Закоксованность пирозмеевиков определяется по:

увеличению давления сырья на входе в пирозмеевики ;

увеличению температуры поверхности труб в радиантной зоне до максимально-допустимой температуры 1100 ⁰ С;

потемнению отдельных участков змеевиков радиантной секции;

увеличению температуры дымовых газов на перевале печи, на выходе из печи.

Kокс удаляется из пирозмеевиков смесью пара и воздуха. Газы выжига кокса попадают в емкость D112, где охлаждаются и частично конденсируются охлаждающей водой, другая часть направляется в дымовую трубу в 801. Kокс дробится при соударении с решеткой установленной в в 112, конденсат сбрасывается в канализацию. Hа печах - F112 имеется возможность сброса газов раскоксования в свою дымовую трубу. Паровоздушный выжиг кокса проводится после останова печи на горячий простой, согласно данной инструкции.

Дальнейшая подготовка к выжигу производится в следующей последовательности:

установить общий расход технологического пара на печь F1012 - 7200 кг/час; на - 3600 кг/час.

по 600 кг/час на поток открытием клапанов печи F1012;

по 300 кг/час на поток путем открытия арматур по месту ориентируясь по приборам FI 10311 ÷ 10318 на F1001 ÷ F1008, FI 11311 ÷11312, на F1009, F1010 и FICA 1221 ÷ 8, FICA1321 ÷ 8 на F 1011, F1012.

закрыть арматуры на линии закалочного масла перед клапанами TICА 10051 ÷ 8 на F1001-F1008, TICA 11051 ÷ 2 на F1009, F1010 , TICA 1236, 1336 на F1011,F1012.

демонтировать заглушку ДУ-25 на линии тех. пара и продуть линию закалочного масла от клапана до впрыска в течении 30 - 40 минут, затем пар закрыть, установить заглушку.

Примечание:

На F1012 заглушка на линии тех. пара отсутствует, т.к. установлен обратный клапан.

развернуть заглушку на линии прожига в положение "открыто" на F1012.

прижать арматуру по пирогазу, установить давление паровой смеси после ЗИА

После окончания пропарки пирогазовой арматуры, закрыть тех. пар под клин пирогазовой арматуры и приступить к переводу пара в линию прожига, для чего:

медленно открывать арматуру по прожигу , одновременно закрывая арматуру по пирогазу до полного закрытия, поддерживая давление пара после ЗИА 0,8-1ата

закрыть арматуру на линии пирогаза после ППК

открыть тех. пар под клин пирогазовой арматуры и установить давление 6 - 8 атм. по манометру, который необходимо установить манометр находится в ЦПУ и PI 1267, 1367 на F1012.

заблокировать замками арматуры по пирогазу и закалочному маслу на 1012.

стравить давление с линии сырья через дренаж и развернуть "колено" в положение "воздух - змеевик".

открыть арматуру по воздуху на печь и убедиться по манометрам PI 1339 на F1012, о подаче воздуха на печь.

силами дежурного слесаря КИПиА продуть расходчики FICA1331 - 8 F1012 и настроить приборы.

открыть клапана FICA1331 ÷ 8 на F1012 .

При выводе оборудования в резерв

Перед сдачей в резерв оборудование должно быть освобождено от остатков рабочей среды, очищено от грязи и шлама, промыто и отключено от коммуникаций, а также обесточено.

Оборудование и трубопроводы, связанные с производством взрывоопасных, пожароопасных и вредных для здоровья людей веществ, передается обязательно освобожденным от рабочей смеси, обезвреженным (нейтрализованным, пропаренным, продутым азотом, провентилированным и т.д.) и отключенным от системы с помощью специальных заглушек в порядке, предусмотренном инструкцией, утвержденной техническим руководителем.

Электроприемники, входящие в комплект ремонтируемого оборудования, должны быть обесточены и отключены в соответствии с правилами и инструкциями. Электродвигатели должны быть отсоединены от основного ремонтируемого оборудования. Должен быть обеспечен видимый разрыв цепи питания элекроприемников. Токоведущие жилы отсоединенные от кабеля должны быть замкнутый накоротко и заземлены.

Оборудование готовит к резерву эксплутационный персонал под руководством начальника смены (мастера).

Приемка подготовленного к резерву оборудования непосредственным руководителем ремонтных работ от руководителя объекта и сдача с резерва оборудования руководителю объекта оформляются документально в соответствии с требованиями действующих отраслевых Систем технического обслуживания и планово-предупредительного ремонта оборудования (Система ППР).

Перед сдачей в резерв сооружений все поверхности конструктивных элементов должны быть персоналом обеспылены, очищены от грязи, ржавчины, отставшего слоя бетона, штукатурки и нейтрализованы так, чтобы была исключена возможность производственного травматизма и воздействия вредных производственных факторов на ремонтный персонал.

Проверит работу обогрева или охлаждения оборудования;

Остановить оборудование.

При нахождении оборудования в резерве

После передаче оборудования в резервпо акту и выдачи наряда-допуска на производство ремонтных работ персоналу запрещается проводить какие-либо работы на этом оборудовании и коммуникациях.

Персоналу подрядчика запрещается проводить какие-либо работы на оборудовании до получения наряда-допуска.

Использовать металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений в качестве опор для подвешивания и опирания на них тяжестей при подъеме оборудования допускается при условии проверки расчетом прочности всех конструкций и наличия разрешения проектной организации и заказчика. Необходимо контролировать работоспособность всех технологических и вспомогательных систем;

Проверить герметичность и целостность оборудования и трубопроводов.

При выводе оборудования из резерва

Проверить работоспособность всех технологических и вспомогательных систем;

Проверить работу приборов и средств КИПиА;

Испытания оборудования и трубопроводов при выводе из резерва осуществляется с использованием инертных сред под руководством непосредственного руководителя работ подрядчика с участием уполномоченных на это специалистов заказчика. Все работы по подключению оборудования из резерва к действующим сетям и агрегатам, комплексному опробованию и переводу на рабочий режим в соответствии с регламентами и инструкциями предприятия производятся техническими службами заказчика под руководством начальника смены в присутствии непосредственного руководителя работ подрядчика.

Включение указанного оборудования в постоянную эксплуатацию допускается только после закрытия наряда-допуска и оформления актов по форме, предусмотренной СНиП и действующей Системой ППР; Вывести оборудование на технологический режим.

11.3 Меры безопасности при ведении технологического процесса, выполнении регламентных производственных операций

При ведении технологического процесса необходимо выполнять следующие мероприятия:

соблюдать обслуживающим персоналом требования должностных, рабочих инструкций;

соблюдать нормы технологического режима, правила техники безопасности, противопожарные мероприятия;

работать только на исправном оборудовании;

не допускать загазованности территории цеха продуктами производства, для чего:

а) постоянно следить за герметичностью аппаратов, трубопроводов, фланцевых соединений;

б) следить за работой приточно-вытяжной вентиляции.

не допускать эксплуатацию оборудования, работающего под давлением, без предохранительных клапанов;

не допускать производства ремонтных работ и протирку движущихся частей на ходу машин;

не допускать работы оборудования при отсутствии защитных кожухов и ограждений на движущихся частях оборудования;

весь обслуживающий персонал должен работать в спецодежде;

к работе допускаются лица прошедшие медицинский осмотр, инструктаж, сдавшие экзамен на допуск к самостоятельной работе на рабочем месте;

при работе в аварийных или близких к ним условиях, а также при работе внутри аппаратов, емкостей, колодцев необходимо пользоваться шланговыми противогазами (ПШ-1, ПШ-2 или изолирующими противогазами);

при отсутствии на установке освещения пользоваться только взрывобезопасными светильниками;

следить за горением горелок через гляделки и смотровые окна только с применением защитного щитка. Следить за состоянием змеевиков и регулярно производить выжиг кокса в печах;

следить за уровнем жидкости в межступенчатых сепараторах и каплеотделителях;

не допускать резких колебаний давления и температуры в аппаратах;

во избежание забивки кристаллогидратами низкотемпературных систем проводить качественную сушку после ремонта, исключить попадание влаги в низкотемпературные блоки;

с целью снижения теплопотерь, исключения термических ожогов или обморожения аппаратуры и трубопроводы должны иметь тепловую изоляцию;

при работе компрессоров следить за:

а) температурой всасывания и нагнетания всех ступеней;

б) температурой подшипников компрессоров;

в) давлением всасывания и нагнетания.

Соблюдать осторожность при работе с серной кислотой, раствором едкого натра, т.к. при попадании на кожу кислота, щелочь вызывает сильные ожоги, а попадание в глаза вызывает потерю зрения.

- следить за целостностью и герметичностью трубопроводов, фланцевых соединений, запорно-регулирующей арматуры и клапанов, емкостей и резервуаров, а также другого оборудования;

следить за исправностью датчиков довзрывных концентраций;

следить за исправностью и правильностью показаний средств КИП и А;

следить за исправностью и работоспособностью приточно-вытяжной вентиляции;

следить за чистотой и целостностью спецодежды, спецобуви и средств защиты органов дыхания, своевременно отдавать на проверку личный противогаз;

содержать в исправном состоянии систему спецпожаротушения;

содержать в надлежащем виде первичные средства пожаротушения;

не допускать загромождения технологических площадок и проходов;

не допускать эксплуатацию неисправного оборудования;

не допускать прием пищи на рабочих местах, кроме специально отведенных помещений;

запрещается курить в не установленных местах, пользоваться открытым огнем;

запрещается стирка спецодежды нефтепродуктами;

запрещается выполнение в рабочее время работ, не определенных рабочей инструкцией и распоряжениями администрации.

11.4 Безопасные методы обращения с термополимерами и пирофорными отложениями

Перед вскрытием люков колонн необходимо соблюдать меры предосторожности, т.к. в процессе работы в колоннах накапливаются полимеры, обладающие пирофорными свойствами. Колонны необходимо отглушить, пропарить, промыть водой, продуть азотом, после чего производить вскрытие люков. Вскрытие люков производится сверху вниз.

Перед выгрузкой отработанного катализатора производится его регенерация с последующей продувкой его азотом. Отработанный катализатор обладает некоторой пирофорностью, т.е. может воспламеняться на воздухе, поэтому необходимо при выгрузке реакторов смачивать катализатор водой.

Соблюдать осторожность при вскрытии кипятильников колонн, т.к. в процессе работы в трубках кипятильников скапливаются полимеры, которые при соприкосновении с воздухом могут самовоспламеняться. Перед вскрытием, кипятильник следует отключить по пару и продукту, отглушить, пропарить трубное пространство, продуть азотом. При чистке трубок кипятильника необходимо поддерживать трубки во влажном состоянии.

11.5 Способы обезвреживания и нейтрализации продуктов производства при разливах и авариях

Разливы продуктов, реагентов и проливы, образующиеся при разгерметизации насосов, смываются водой в систему химзагрязненной канализации.

Проливы бензола, фракции С₉ , смолы нефтяной тяжелой и фракции С₆ -С₈ собираются по существующей системе химзагрязненной канализации.

Небольшие проливы смолы нефтяной тяжелой и масла КП-8С засыпаются песком, а замазученный песок вывозится на полигон захоронения.

При аварийной ситуации пролив метанола засыпается песком или опилками. Пропитанные песок или опилки удаляются, место пролива промывается большим количеством воды, стоки собираются по существующей системе химзагрязненной канализации.

Проливы серной кислоты от другого оборудования засыпаются песком. Пропитанный серной кислотой песок собирается и вывозится. Место пролива промывается водой, стоки собираются по существующей системе химзагрязненной канализации.

Проливы раствора едкого натра от другого оборудования промываются водой, стоки собираются по существующей системе химзагрязненной канализации.

11.6 Возможность накапливания зарядов статического электричества, их опасность и способы нейтрализации

Возможность накапливания зарядов статического электричества, их опасность и способы нейтрализации

Таблица 31

11.7 Безопасный метод удаления продуктов производства из технологических систем и отдельных видов оборудования

Готовая продукция

Этилен газообразный передается по трубопроводу потребителям.

Этилен жидкий передается по трубопроводу в этиленохранилище жидкого этилена.

Пропилен передается по трубопроводу в отделение сжиженных углеводородных газов СУГ)

Бензол передается по трубопроводу в отделение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ЛВЖиГЖ)

Побочная продукция

Бутилен – бутадиеновая фракция передается по трубопроводу в отделение сжиженных углеводородных газов (СУГ).

Фракция пентаизопренциклопентадиеновая (фракция С₅ ) передается по трубопроводу в отделение СУГ

Фракция С₆ – С₈ передается по трубопроводу в отделение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ЛВЖиГЖ)

Фракция С9 передается по трубопроводу в отделение ЛВЖиГЖ

Смола нефтяная тяжелая (остатки переработки нефтепродуктов) передается по трубопроводу на отделение ЛВЖиГЖ

Метано-водородная фракция используется в качестве топлива на производстве этилена.

Сырье и материалы

Сырье углеводородное и ШФЛУ поступают по трубопроводу из цеха СУГ

Свежая питательная вода поступает по трубопроводу из цеха водоподготовки.

Топливный газ, азот, воздух технологический, воздух КИП поступают по трубопроводу из заводской сети.

Щелочь 45 %, метанол, серная кислота поступают по трубопроводу из цеха СУГ

Жидкий аммиак, ингибиторы и катализаторы завозят на производство периодически, согласно техническим условиям и после проведения анализов в СКиАК ООО «Ставролен» в соответствии с объемом расходных емкостей.

11.8 Основные потенциальные опасности применяемого оборудования и трубопроводов, их ответственных узлов и меры по предупреждению аварийной разгерметизации технологических систем

При несоблюдении норм технологического режима и правил безопасности в процессе работы могут возникнуть следующие опасности:

- образование взрывоопасных и токсичных концентраций пирогаза, этилена, пропилена, водорода, в случаях нарушения герметичности аппаратов и трубопроводов узлов печей пиролиза, масляной и водной промывки пирогаза, щелочной очистки пирогаза, гликолевой осушки пирогаза, узла предварительного охлаждения, разделения фракций С3/С4, С4/С5, стабилизации фракции С3, гидрирования фракции С2, выделения пропилена, выделения этилена, узел очистки водорода установки получения бензола;

- завышение температуры экзотермических реакций в реакторах гидрирования фракции С2, С3, С4, гидрирования и гидродеалкилирования фракции С6-С8 выше регламентной может привести к нарушению качества продуктов, повреждению катализатора;

- попадание воздуха в факельную систему при неправильной продувке аппаратов и трубопроводов может привести к образованию взрывоопасной концентрации в трубопроводе факела и в конечном итоге к взрыву;

- обморожение персонала сжиженными газами при нарушении правил обращения с ними;

- поражение кожных покровов, глаз едким натром и серной кислотой, используемых на узле водоподготовки для получения химически очищенной воды и узле щелочной промывки пирогаза при нарушении правил обращения с ним;

- получение термических ожогов при прорыве горячей воды, пара, конденсата и горячих газов;

- поражение электрическим током,

- механические травмы при неправильном обслуживании компрессорного, насосного и другого оборудования.

В целях исключения возникновения аварийной разгерметизации технологических систем производство оснащено комплексной автоматизированной системой управления, с помощью которой возможен постоянный контроль над параметрами процесса и управление режимом при поддержании их регламентированных значений.

Противоаварийной системой защиты оснащены:

- реакционные и нагревательные печи F 101-112, F 901, F 902, F 861;

- компрессорное оборудование – С 201, С 401, С 411, С 331, С 721, С 971, С 481, С 581;

- реакторные блоки - R 321, R 322, R 451, R 531-R 533, R 621, R 721, R 901, R 911, R 912, где при гидрировании протекают экзотермические процессы.

Эксплуатация оборудования при неисправном состоянии средств автоматизации, контроля и системы блокировок, ручное деблокирование в системах автоматического управления – запрещается.

Допускается в исключительных случаях по письменному разрешению руководителя предприятия кратковременное отключение блокировок по отдельному параметру. Перед снятием блокировки должны быть разработаны мероприятия по обеспечению безопасности проведения технологического процесса и производства работ. Время снятия блокировки должно быть минимальным.

Не рекомендуется одновременное деблокирование нескольких систем.

Компрессоры выполнены в герметичном исполнении, оборудованы блокировочными системами, которые останавливают агрегаты при нарушении рабочих параметров. Предусмотрено дистанционное отключение компрессорного оборудования, как из компрессорной, так и из операторной.

Насосы, перекачивающие сжиженные газы и легковоспламеняющиеся жидкости имеют торцевое уплотнение, оснащены системой контроля и сигнализации нарушения герметичности основного уплотнения. Эксплуатация насосов после срабатывания систем сигнализации не допускается.

Для обеспечения устойчивой работы технологической схемы электродвигатели ответственных технологических агрегатов оснащены системой самозапуска в случае кратковременных перерывов в электроснабжении.

Исполнение оборудования по взрывозащите соответствует категории и группе взрывоопасной смеси, которая может образовываться в зоне расположения электрооборудования.

Технологическое оборудование, в основном, расположено вне зданий, на наружных установках. Расположение оборудования обеспечивает свободный доступ к нему и удобное обслуживание. Для удобства обслуживания и ремонта арматуры и средств КИПиА, расположенных выше отметки 1,8 м, предусмотрены специальные обслуживающие площадки с ограждениями.

Отсутствуют постоянные выбросы от оборудования в атмосферу. Освобождение аппаратов от газообразных продуктов производится в факельную систему.

Предусмотрен подвод к различным точкам установки продувочного азота.

Все аппараты, работающие под давлением, имеют предохранительные клапаны, сброс от которых направляется на факел.

11.9 Требования безопасности при складировании и хранении сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, обращении с ними, а также при упаковке и перевозке готовой продукции

На территории производства этилена складирование, хранение сырья углеводородного и газового, полуфабрикатов и готовой продукции, а также упаковка и перевозка готовой продукции не производится.

Катализаторы, адсорбенты, ингибиторы, аммиак, гидразин – гидрат поступают со склада предприятия в специальной таре в количествах, необходимых для загрузки в аппараты.

Метанол, диэтиленгликоль, серная кислота, едкий натр, масло КП-8С принимаются из отделения ЛВЖиГЖ цеха СУГ в емкости D853, D251, D233, D231, D221 соответственно.

12. Экономическая часть

12.1 Расчет стоимости основного и вспомогательного оборудования

Основные фонды - это средства труда, которые многократно участвуют в производственном процессе, сохраняя при этом свою натуральную форму, постепенно изнашиваясь, переносят свою стоимость по частям на вновь создаваемую продукцию.

В зависимости от участия основных фондов в производственном процессе и их влияния на конечные результаты производства все основные фонды делятся на две групп:

непроизводственные основные фонды;

промышленно-производственные основные фонды.

Непроизводственные фонды - это та часть основных фондов, которая находится в распоряжении промышленности (отдельных предприятий), но непосредственного участия в производственном процессе не принимает. К ним относятся находящийся на балансе предприятий жилой фонд, клубы, столовые, детские ясли, поликлиники, стадионы, спортивные базы, т.е. все связанное с культурно-бытовым обслуживанием работников предприятия. В дальнейшем будут рассматриваться только промышленно-производственные основные фонды и под понятием основные фонды будет подразумеваться только эта часть производственных фондов.

Промышленно-производственные основные фонды непосредственно участвуют в производственном процессе: либо обслуживают его, либо создают благоприятные условия для нормального его протекания. Участие различных видов основных фондов в производственном процессе неодинаково, также неодинаково их воздействие на ход и результаты производства, отсюда различны сроки их жизни, степень изнашиваемости, размеры ежегодных амортизационных отчислений.

В зависимости от натурально-вещественных признаков и функциональной роли в процессе производства основные фонды промышленных предприятий (производственных единиц), в том числе нефте- и газодобывающих управлений и нефтеперерабатывающих заводов, подразделяются на виды (группы и подгруппы):

1. Здания, т.е. архитектурно-строительные объекты, у которых основными конструктивными частями являются стены и крыша - производственные корпуса и постройки.

Здания цехов, насосных и компрессорных станций, теплоэнергостанций, трансформаторных подстанций, механических мастерских, котельных, деэмульсационных установок, лабораторий, автозаправочных станций, хранилищ, электростанций, пожарных депо, складов, административно-хозяйственных, культурных будок и др.

2. Сооружения, к которым относятся инженерно-строительные объекты, назначением которых является создание условий для осуществления процесса производства путем выполнения тех или иных технических функций, не связанных с изменением предмета труда.

3. Передаточные устройства, при помощи которых производится передача электрической, тепловой и механической энергии от машин - двигателей к рабочим машинам, а также передача (транспортировка) жидких и газообразных веществ от одного объекта к другому.

4. Машины и оборудование

а) силовые машины и оборудование, вырабатывающие энергию или превращающие один вид энергии в другой.

Паровые котлы, генераторы, компрессоры, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, трансформаторы, погружные электронасосы, распределительные устройства и др.

б) рабочие машины и оборудование, т.е. орудия труда, при помощи которых осуществляется непосредственное воздействие (механическое, химическое, термическое и т.п.) на предмет труда или его перемещение в процессе создания продукта.

в) измерительные и регулирующие приборы и устройства, лабораторное оборудование, если они не являются составной частью какого-либо другого объекта и имеют самостоятельное значение.

Измерительные и регулирующие электрические, пневматические, гидравлические и другие устройства, лабораторно-химические приборы, пульты автоматического управления, средства диспетчерского контроля и др.

г) вычислительная техника - электронные, перфорационные, клавишные и другие вычислительные машины и устройства.

д) прочие машины и оборудование - оборудование АТС, пожарные машины и механические пожарные лестницы и т.п.

5. Транспортные средства, к которым относятся передвижные транспортные средства, предназначенные для перемещения людей или грузов (тепловозы, вагоны, цистерны, автомобили, катера, баржи, автокары, танкеры, тракторы-тягачи, вагонетки и др.), а также магистральные нефтепроводы.

6. Инструмент, к которому относятся орудия ручного труда и прикрепляемые к машинам предметы, служащие для обработки материалов (электродрели, краскопульты, колонковые долота, труборезки, автогенные резаки и т.п.)

7. Производственный инвентарь и принадлежности, т.е. предметы производственного назначения, которые служат для облегчения производственных операций и для охраны труда, а также средства хранения жидких и сыпучих материалов (верстаки, групповые ограждения машин, баки, лари, чаны);

8. Хозяйственный инвентарь, т.е. предметы конторского и хозяйственного назначения (столы, кресла, шкафы, сейфы, пишущие машинки, часы, ковры, портьеры, переносные лестницы и т.п.)

9. Многолетние насаждения (плодово-ягодные, озеленительные и декоративные).

10. Прочие основные фонды.

От каждой из перечисленных групп основных фондов по-разному зависит производственный процесс и его результаты. Наиболее важны из перечисленных групп машины и оборудование, передаточные устройства. Их принято называть активной частью основных фондов, так как от их работы непосредственно зависит выпуск целевой продукции.

Состав и стоимостная оценка основного и вспомогательного оборудования установки сведены в табл.31

Состав и стоимостная оценка основного и вспомогательного оборудования установки

Таблица 31

Годовая норма амортизации определяется по формуле:

На(год)=(1/количество лет полезного использования)*100 % (1)

По таблице делаем вывод об общей стоимости оборудования

На(год)_{печи пиролиза} =1/15·100%= 6,67%

На(год)_КИПиА =1/5·100%= 20,00%

На(год)_{теплообменника} =1/10·100%= 10,00%

На(год)_ЗИА =1/10·100%= 10,00%

На(год)_{барабана-паросборника} =1/7·100%= 14,29%

Итого получаем, что годовая норма амортизации основного оборудования 6,67%, а вспомогательного оборудования 54,29%

12.2 Расчет прямых затрат на производство

В зависимости от способа включения в себестоимость затраты делятся на прямые и косвенные.

Прямые затраты непосредственно связаны с производством каждого вида производимых работ, к ним относятся:

1) амортизация основного оборудования;

2) заработная плата основных рабочих с отчислениями на социальные нужды;

3) стоимость материалов,

4) затраты на ремонт оборудования;

5) стоимость энергоресурсов.

Стоимость сырья и материалов определяется на основании норм расходов каждого вида материалов и цен на них.

12.2.1 Расчет амортизации основного и вспомогательного оборудования

Амортизационные отчисления - средства в виде денег, направляемых на ремонт или строительство, изготовление новых основных средств. Сумма амортизационных отчислений включается в издержки производства (себестоимость) продукции и тем самым переходит в цену. Производитель обязан производить накопление амортизационных отчислений, откладывая их из выручки за проданную продукцию.

Целью расчета амортизационных отчислений является определение ежегодных отчислений на воспроизводство (обновление) оборудования, замену трубопроводов, строительство или восстановление зданий и сооружений.

Срок службы основного технологического оборудования зависит от агрессивности среды применяемых веществ, условий, при которых работает оборудование, правильности ведения технологического процесса и условий эксплуатации.

При условии применения линейного способа амортизации начисляется равными долями в течение всего срока работы оборудования или других видов основных средств до полного перенесения их стоимости на сумму производимой продукции. При этом годовая сумма амортизации определяется делением первоначальной стоимости единицы основного средства на весь срок его полезного использования.

Сумма амортизационных отчислений в год определяется по формуле:

A = O Ф*Н a (год) (2)

где:

А – величина амортизационных отчислений, руб.;

ОФ – стоимость единицы основных фондов, руб.;

Нa(год) – годовая норма амортизации.

А_{печи пиролиза} =150 000·6,67%=10 005 тыс.руб.

А_КИПиА =120·20%=24 тыс.руб.

А_{теплообменника} =300·10%=30 тыс.руб.

А_ЗИА =330·10=33 тыс.руб.

А_{барабана-паросборника} =50·14,29=7,15 тыс. руб.

Расчеты сводим в таблицу 32.

Амортизация основного и вспомогательного оборудования

Таблица 32

Общая сумма амортизации основного оборудования 10 005 тыс.руб., а вспомогательного оборудования 94,15 тыс.руб.