Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Описание технологического процесса
|
|
1.1.1 Технологическая цель производства. Цех двухстадийного дегидрирования входит в состав группы цехов получения изопрена из изопентана. Производство предназначено для получения изопрена методом двухстадийного дегидрирования изопентана в присутствии пылевидного катализатора ИМ-2201. Сущность процесса двухстадийного дегидрирования изопентана состоит в последовательном превращении изопентана в изоамилены, а смеси последних – в изопрен. Эти операции осуществляются в различных условиях, на разных катализаторах и самостоятельных установках.
В состав производства изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана входят следующие установки:
1) установка №1 – отделение дегидрирования изопентана, состоящая из двух блоков (блок испарения и перегрева изопентана и реакторный блок);
2) установка №2 – отделение дегидрирования изоамиленов, состоящая из 6-ти систем, которые предназначены для очистки контактного газа от катализаторной пыли, а также для охлаждения парогазовой смеси за счет циркуляции конденсата контактного газа, и узла отстаивания конденсата контактного газа.
Цех основан в 1970 году. Плановая мощность производства изопрена 90 тыс. тонн.
В качестве объекта управления принято отделение дегидрирования изопентана, в которое входят два блока (блок испарения и перегрева и реакторный блок), состоящие из следующих основных аппаратов: реактора Р-5, регенератора Р-14, печи П-4, перегревателя П-57, испарителя И-3 и сепаратора С-2.
Узел испарения и перегрева изопентана предназначен для испарения и перегрева паров изопентана, а также для сепарации капель жидкости из контактного газа перед подачей в цех И-3.
Реакторный блок предназначен для получения изоамиленов путем дегидрирования изопентана в «кипящем» слое катализатора ИМ-2201.
1.1.2 Описание химической реакции процесса дегидрирования изопентана.
Дегидрирование изопентана технологически оформлено как непрерывный процесс в псевдоожиженном (кипящем) слое катализаторов ИМ-2201 (ИМ-2201М) с расположением реактора и регенератора на одном уровне и транспортом катализатора в потоке высокой концентрации.
Реакция дегидрирования протекает с поглощением тепла. Образование целевых продуктов (изоамиленов) происходит по следующим реакциям:
СН3-СН2-СН-СН3 D СН3-СН2-С=СН2 + Н2 - 118, 2 кДж/моль
| |
СН3 СН3
2-метил-1-бутен (g-изоамилены)
СН3-СН2-СН-СН3 D СН2=СН-СН-СН3 + Н2 - 125, 5 кДж/моль
| |
СН3 СН3
3-метил-1-бутен (a-изоамилены)
СН3-СН2-СН-СН3 D СН3–СН=С-СН3 + Н2 - 111, 9 кДж/моль
| |
СН3 СН3
2-метил-2-бутен (b-изоамилены)
При дегидрировании изопентана кроме основной реакции протекают побочные реакции с образованием лёгких углеводородов (С1- С4), тяжёлых углеводородов (С6 и выше), водорода, оксида и диоксида углерода, кокса, а также реакции изомеризации, циклизации и дегидроциклизации.
Образовавшийся в процессе дегидрирования кокс откладывается на катализаторе и снижает активность катализатора. Для восстановления активности катализатора проводят окислительную регенерацию. В ходе окислительной регенерации катализатора происходят следующие процессы:
а) выжиг кокса с поверхности катализатора: С + О2 " СО2;
б) окисление трёхвалентного хрома, входящего в состав катализатора, до шестивалентного: Сr2O3 + 3/2О2 " 2СrО3.
Катализатор набирает активность при контакте с водородсодержащим газом и в процессе дегидрирования. Восстановление в катализаторе шестивалентного хрома до трёхвалентного осуществляется топливным газом в десорбционном стакане регенератора и в перетоке из регенератора в реактор топливным газом или парами сырья: 2СrO3 + 3Н2 " Сr2О3 + 3Н2О.
Количество катализатора, загружаемого в систему, составляет 270–275 т.
1.1.3 Описание технологической схемы дегидрирования изопентана. Свежий изопентан и изопентан-рецикл со склада Т-8 с давлением до 0.9 МПа (9 кгс/см2) подается в сепаратор С-2, предварительно смешиваясь в общей линии. Расход (F=10 т/ч) свежего изопентана регулируется.
Уровень в сепараторе С-2 поддерживается изменением расхода изопентан-рецикла на входе в С-2.
Изопентан из нижней части сепаратора С-2 поступает в трубное пространство испарителя И-3. Испарение изопентана происходит при давлении не более 0, 9 МПа (9 кгс/см2) за счёт теплообмена с конденсирующимся водяным паром, подаваемым в межтрубное пространство испарителя И-3 с давлением до 0, 6 МПа (6 кгс/см2) и с температурой до 2500С.
Парожидкостная смесь изопентана из испарителя И-3 поступает в среднюю часть сепаратора С-2 для отделения неиспарившейся изопентановой фракции. Температура паров изопентана после испарителя И-3 контролируется. Из сепаратора С-2 пары изопентана поступают в трубное пространство перегревателя П-57, где за счет конденсации пара с давлением 0, 6 МПа (6 кгс/см2), подаваемого в межтрубное пространство аппарата П-57, происходит нагрев паров изопентана до температуры не менее 80 0С. Давление паров изопентана (0, 6МПа) после сепаратора С-2 регулируется подачей пара в испаритель И-3.
Конденсат из аппаратов И-3, П-57 подается на 2-ю стадию.
Пары изопентановой фракции после перегревателя П-57 поступают в закалочные змеевики реактора Р-5, где нагреваются до температуры 200–250 °С за счёт тепла контактного газа.
Далее пары сырья поступают в змеевики печи П-4 по 3-м потокам, где перегреваются до температуры 440-520 0С за счет сгорания топливного газа на газовых горелках. Температура паров изопентана на выходе из печи регулируется подачей топливного газа в печь П-4.
При сгорании топливного газа образуется дымовой газ, который омывает конвекционные змеевики, отдавая тепло проходящему по змеевикам изопентану, и через боров печи и дымовую трубу с температурой не более 450 0С выбрасывается в атмосферу. Температура дымовых газов на выходе из печи П-4 контролируется.
Топливный газ из заводской сети с давлением до 0, 6 МПа (6 кгс/см2) поступает на 1-ю стадию. Давление топливного газа регулируется изменением расхода топливного газа в цех. Топливный газ перед подачей в печь П-4 проходит сепаратор П-86, для отделения капель жидкости и подогреватель П-85/А, где подогревается до температуры 60-70 0С паром из заводской сети.
При падении давления в трубопроводе подачи топливного газа после подогревателя П-85/А до 0, 1 МПа (1 кгс/см2) закрываются электрозадвижки на линии топливного газа после подогревателя - прекращается подача топливного газа к горелкам печи П-4, к форсункам регенератора Р-14.
Пары изопентановой фракции из печи П-4 с температурой 440-520 0С поступают в реактор Р-5 через кольцевой распределитель под «кипящий» слой катализатора. Реакция дегидрирования изопентана эндотермическая, протекает при температуре не более 575 0С и давлении не более 0, 06 МПа (0, 6кгс/см2).
Реактор Р-5 секционирован 10 уголковыми решётками, предназначенными для лучшего контакта и распределения паров изопентана и катализатора по высоте и площади «кипящего» слоя внутри реактора. В нижней его части имеется десорбционный стакан. В него через маточник подаётся азот для отдувки продуктов реакции с поверхности катализатора. Расход азота регулируется (100м3/ч). В верхней части реактора Р-5 установлены змеевики закалки для снижения температуры верха реактора с целью предотвращения реакции пиролиза, а также для предварительной закалки сырья перед подачей в печь П- 4. Тепло в реактор Р-5 подводится с катализатором, нагретым в регенераторе Р-14.
Для транспортировки катализатора из реактора Р-5 в регенератор Р-14 в нисходящую ветвь линии транспорта катализатора подаётся азот, а в восходящую ветвь технологический воздух из сети. Восстановленный катализатор из стакана регенератора Р-14 транспортируется азотом в реактор Р-5 на 10 решётку, где равномерно распределяется по объёму реактора, для нормального протекания реакции дегидрирования. Расход азота (100м3/ч) и воздуха (500м3/ч) регулируются.
Регулирование температуры в реакторе Р-5 осуществляется изменением расхода азота на транспорт катализатора из регенератора Р-14 в реактор Р-5. Уровень «кипящего» слоя катализатора в реакторе Р-5 поддерживается путём догрузки катализатора в регенератор Р-14. Заслонки на транспортных линиях, предназначенные для регулирования циркуляции катализатора, обдуваются азотом или воздухом во избежание забивки их катализатором.
Катализаторная пыль, уносимая контактным газом, улавливается циклонами, расположенными в верхней части реактора.
Назначение регенератора – восстановление активности катализатора и его дополнительная подготовка. Регенератор секционирован шестью провальными решётками. В нижнюю часть регенератора, под газораспределительную решётку, подаётся воздух с давлением до 0, 14 МПа (1, 4 кгс/см2), необходимый для псевдоожижения слоя катализатора, выжигания кокса и окисления трёхвалентного хрома до шестивалентного.
Температура регенерации катализатора 610-650°С регулируется подачей топливного газа к форсункам регенератора.
При снижении температуры над 5-й решёткой регенератора Р-14 до 600°С закрывается электрозадвижка – прекращается подача топливного газа к форсункам регенератора Р-4.
Уровень кипящего слоя катализатора на 6-й решётке регенератора регулируется подачей технологического воздуха из сети в восходящую ветвь линии транспорта катализатора из реактора Р-5 в регенератор Р-14.
При падении уровня кипящего слоя в регенераторе Р-14 до 36 % по шкале прибора закрываются электрозадвижки – прекращается подача топливного газа в регенератор Р-14.
При понижении давления в линии подачи топливного газа в десорбционный стакан регенератора Р-14 до 0, 1 МПа (1 кгс/см2) закрывается электрозадвижка - прекращается подача топливного газа в десорбционный стакан.
Улавливание катализатора, увлечённого дымовыми газами в регенераторе, производится в циклонах.
Тепло дымовых газов, отходящих из регенератора Р-14, используется в котлах – утилизаторах, где вырабатывается вторичный пар.
Опорожнение катализатора из системы производится из нижней части переточных линий и из нижних днищ реактора поз. 5 и регенератора поз. 14 в бункера поз. 19. Подача свежего катализатора ведётся в регенератор поз. 14 со склада.
1.1.4 Описание сырьевых, продуктовых и энергетических потоков. Сущность процесса двухстадийного дегидрирования изопентана состоит в последовательном превращении изопентана в изоамилены, а смеси последних – в изопрен. Сырьем для этого процесса являются свежий и рецикловый изопентан, полученный выделением его из смеси изоамиленов на последующих после дегидрирования изопентановой фракции и дегидрирования изоамиленовой фракции стадиях получения изопрена. Продуктом дегидрирования изопентановой фракции является контактный газ, из которого выделяется изопентан-изоамиленовая фракция, содержание изоамиленов в которой уже больше, а содержание изопентана меньше, чем в исходной изопентановой фракции. Процесс дегидрирования изопентана протекает в присутствии катализатора ИМ – 2201, который применяется для дегидрирования низших парафиновых углеводородов. Для продувки аппаратов, трубопроводов, пневмотранспорта катализатора применяется азот. Для поддержания реакции окисления в регенератор подводится технологический воздух. Для процессов испарения и нагревания в испаритель поз. И-3 и перегреватель П-57 подается водяной пар из заводской сети. Топливный газ из заводской сети необходим для подогрева изопентановой фракции в печи поз. П-4, а также восстановления катализатора в регенераторе поз. Р-14. Характеристики исходного сырья, продуктов и энергетических потоков приводятся в таблице 1.
Таблица 1- Характеристики основных сырьевых, продуктовых и энергетических потоков
| № | Наименование сырья, материалов, катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции | Показатели качества, обязательные для проверки | Норма (по ГОСТ, ОСТ, ТУ, стандарту предприятия) |
| Контактный газ дегидрирования изопентана | Состав, % масс.: водород метан этилен этан углеводороды С3 углеводороды С4 изопентан изоамилены изопрен пентан амилены пиперилен углеводороды С6 азот окись углерода | 1, 4 2, 9 0, 2 0, 4 2, 0 4, 8 52, 3 26, 2 2, 1 0, 8 3, 2 0, 6 0, 4 2, 1 0, 6 | |
| Фракция изопентановая (марка А) | Массовая доля компонентов, %: - сумма углеводородов С2, С3, С4, не более - изопентан, не менее - н- пентан, не более - сумма углеводородов С6 и выше, не более - сумма непредельных леводородов, не более Массовая доля общей серы, %, не более Содержание щёлочи Содержание свободной воды и механических примесей | 1, 5 97, 5 2, 5 0, 3 0, 5 0, 003 Отс. Отс | |
| Фракция изопентановая (рецикловая) | Массовая доля изопентана, %, не менее Массовая доля (b+g)-изоамиленов, %, не более Массовая доля диметилформамида, %, не более | 88, 0 3, 0 0, 02 | |
| Фракция изопентановая - смесь свежей и рецик-ловой фракций | Массовая доля (b+g)-изоамиленов, %, не более Массовая доля диметилформамида, %, не более Влага | 3, 0 0, 02 Отс. | |
| Фракция изоамиленовая | Массовая доля изоамиленов, %, не менее Массовая доля изопрена, %, не более Массовая доля диметилформамида, %, не более Массовая доля общей серы, % масс., не более Массовая доля хлорсодержащих соединений, % масс., не более | 80, 0 2, 0 0, 02 0, 002 0, 0005 | |
| Катализаторы ИМ-2201, ИМ-2201М | Внешний вид Насыпная плотность, г/см3 Массовая доля фракции менее 71мкм, %, не более: - ИМ-2201 - ИМ-2201М Каталитические свойства: - выход непредельных углеводородов С4 на пропущенный н -бутан, % масс., не менее: - ИМ-2201 - ИМ-2201М - выход непредельных углеводородов С4 на разложенный н -бутан, % масс., не менее: - ИМ-2201 - ИМ-2201М Массовая доля хрома (VI) в пересчёте на оксид хрома (VI), %: - ИМ-2201 - ИМ-2201М | Порошок серо-зелё-ного цвета 1, 0-1, 4 40, 0 35, 0 1, 0-2, 0 0, 8-1, 8 | |
| Азот газообразный повышенной чистоты (второй сорт) | Объемная доля азота, %, не менее Объемная доля кислорода, %, не более Объемная доля водяного пара в газообразном азоте, %, не более | 99, 95 0, 05 0, 004 | |
| Воздух технологический | Точка росы, °С, не выше | -40 | |
| Топливный газ | Состав, % масс. Удельный вес, г/дм3 Низшая теплота сгорания при 20 °С, ккал/м3 | Не реглам. Не реглам. Не реглам. |
1.1.5 Перечень управляющих потоков, возмущающих воздействий и регулируемых параметров. Исходя из технологии рассматриваемого процесса, можно выделить возмущающие воздействия процесса, регулируемые параметры, управляющие потоки. Перечень параметров приведён в таблице 2.
Таблица 2 - Перечень управляющих потоков, возмущающих воздействий и регулируемых параметров
| Возмущающие воздействия | Регулируемые параметры | Управляющий поток |
| Температура изопентановой фракции перед сепаратором С-2 | Уровень в сепараторе С-2 | Расход рециклового изопентана |
| Изменение расхода изопентановой фракции (смеси) | Уровень в сепараторе С-2 | Расход рециклового изопентана |
| Изменение расхода изопентановой фракции перед испарителем И-3 | Давление паров изопентановой фракции в сепараторе С-2 | Расход пара в испаритель И-3 |
| Температура пара перед испарителем И-3 | Давление паров изопентановой фракции в сепараторе С-2 | Расход пара в испаритель И-3 |
| Изменение расхода изопентановой фракции перед печью П-4 | Температура изопентановой фракции на выходе из печи | Расход топливного газа в печь П-4 |
| Изменение температуры изопентановой фракции перед печью П-4 | Температура изопентановой фракции на выходе из печи | Расход топливного газа в печь П-4 |
| Изменение теплотворной способности топливного газа, подаваемого в печь П-4 | Температура изопентановой фракции на выходе из печи | Расход топливного газа в печь П-4 |
| Изменение температуры азота на транспорт катализатора | Температура верха кипящего слоя катализатора в Р-5 | Расход топливного газа к форсункам регенератора Р-14 |
| Изменение температуры изопентановой фракции | Температура верха кипящего слоя катализатора в Р-5 | Расход азота на транспорт горячего катализатора |
| Изменение расхода изопентановой фракции в Р-5 | Температура верха кипящего слоя катализатора в Р-5 | Расход азота на транспорт горячего катализатора |
| Изменение температуры азота на транспорт катализатора | Температура верха кипящего слоя катализатора в Р-14 | Расход топливного газа к форсункам регенератора Р-14 |
| Изменение теплотворной способности топливного газа, подаваемого в регенератор Р-14 | Температура верха кипящего слоя катализатора в Р-14 | Расход топливного газа к форсункам регенератора Р-14 |
| Изменение расхода азота на транспорт катализатора из Р-5 в Р-14 | Уровень кипящего слоя в регенераторе Р-14 | Расход технологического воздуха в линию транспорта катализатора из Р-5 в Р-14 |
1.1.6 Структурная схема объекта управления. Трудность регулирования процесса объясняется частотой и амплитудой возмущений. Реальные объекты управления подвергаются возмущающим воздействиям, которые нарушают нормальный ход процесса в объекте. Различают внешние и внутренние возмущающие воздействия.
Внешние возмущающие воздействия проникают в объекты управления извне: вследствие изменения входных параметров, некоторых выходных, а также параметров окружающей среды.
Внутренние возмущающие воздействия возникают в самом объекте управления, например, при загрязнении и коррозии внутренних поверхностей аппарата.
При управлении процессом особое внимание следует обратить на внешние возмущающие воздействия, так как они поступают в объект чаще, чем внутренние, нередко имеют ступенчатый характер, большую амплитуду изменения и в ряде случаев могут быть устранены до поступления в объект.
На структурной схеме объекта управления (рис. 1.1) показаны возможные воздействия на объект управления. Основным объектом в рассматриваемой установке является реактор, поэтому в качестве объекта управления выступает реактор, в котором проходит технологический процесс дегидрирования изопентана.
Рис. 1.1 Схема процесса как объекта управления
Обозначения, приведенные на рис.1.1:
1) z - управляющие воздействия:
Gа - изменение расхода азота подаваемого на транспорт катализатора;
Gт.г. - изменение расхода топливного газа в регенератор Р-14;
GТ.В. – изменение расхода технологического воздуха в регенератор Р-14.
2) x - возмущающие воздействия, которые можно стабилизировать при входе в объект управления:
GF - изменение расхода питания реактора;
tF - изменение температуры питания реактора
x - возмущающие воздействия, которые нельзя стабилизировать при входе в объект управления:
Зт - засорение решеток;
zK - старение катализатора;
QF - качественный состав исходного продукта;
QТ.Г - качественный состав топливного газа (теплотворная способность);
z - старение установки.
3) у - переменные, характеризующие состояние объекта управления:
TР-5 - температура в реакторе Р-5;
Q к.г. - качественный состав контактного газа после реактора Р-5;
Lк - уровень кипящего слоя катализатора в реакторе Р-5;
Ак - активность катализатора;
PP-5 - давление в реакторе Р-5.
|