планирование ресурсного обеспечения цеха БФА на КазаньОргсинтез

Заключение

Таким образом, исходя из сложности рассмотренного процесса модернизации производства дифенилолпропана, его технического несовершенства, а также представляющейся опасности, с точки зрения вероятности риска возникновения аварийных ситуаций, предлагается произвести замену системы централизованной подачи затворной жидкости в насосы циркуляции конденсата секции обработки маточных вод первой кристаллизации.
В данном контексте видится необходимым разработка ряда стратегических компетенций, которые необходимо иметь организации для успешного конкурентного развития, а именно:
• более активное вовлечение в сотрудничество с предприятиями химической промышленности близлежащих регионов для расширения влияния нефтегазового комплекса;
• создание и расширение сети торговых представительств ;
• ...

Оглавление

Введение 3
КазаньОргсинтез 5
Схема производства бисфенола А, проблемы и стратегические решения 7
Увеличение селективности катализатора с целью оптимизация процесса 11
Планирование ресурсного обеспечения химического кластера Республики Татарстан 20
Заключение 28
Список использованных источников 30

Введение

Повышение безопасности технологических процессов на объектах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности продолжает оставаться актуальной проблемой, поскольку использование агрессивных сред, эксплуатация оборудования в условиях высоких или низких температур, больших давлений и глубокого вакуума может привезти к крупным авариям. Это связано как со взрывами образовавшейся смеси в результате истечения химически опасных, взрывоопасных и горючих веществ, так и со взрывами реакционной смеси внутри технологической системы (аппарата) в результате отклонения параметров технологического процесса от регламентированный значений [1, 2, 3].
Актуальность работы. Производство дифенилолпропана (ДФП) является потенциально опасным, так как в процессе его изготовления использу ется оборудование, работающее под глубоким вакуумом, применяются высокоопасные вещества, истечение которых может привести к экологической катастрофе, массовому отравлению и гибели людей в результате возможных взрывов и пожаров [4].
Дифенилолпропан (Бисфенол А) используется около 50 лет в качестве отвердителя в изготовлении пластмасс, а также продуктов на их основе. Он является одним из ключевых мономеров в производстве эпоксидных смол и поликарбонатного пластика. Из поликарбонатного пластика производится целый спектр продуктов, таких как бутылки для воды и напитков, спортивный инвентарь, медицинские инструменты, зубные пломбы и герметики, линзы для очков, СD и DVD диски, а также бытовая техника. Бисфенол А входит в состав некоторых видов термобумаги, используемых для печати чековой ленты в современных контрольно-кассовых машинах, факсаппаратах, банкоматах, платежных терминалах, медицинском оборудовании и некоторых других приборах. Он также используется в синтезе полисульфона и полиэфирных кетонов, как антиоксидант в некоторых пластификаторах и ингибитор полимеризации поливинилхлорида. Эпоксидные смолы, содержащие бисфенол А (БФА, используется в качестве покрытия на внутренней стороне почти всех банок для напитков и продуктов питания.
Целью настоящей работы является изучение ресурсного обеспечения цеха БФА на КазаньОргсинтез.
Было установлено, что в Республике Татарстан сложился нефте-химический кластер по добыче, переработке углеводородного сырья, химии и нефтехимии, что способствует размытию границ составляющих его участников, появлению большей открытости, смещению фокуса конкуренции с борьбы за долю рынка на борьбу за технические новшества и сетевую кооперацию с выгодными партнерами.

3). Маточные воды первой кристаллизации дифенилолпропана, содержащие в своем составе до 25 % ДФП, 6 % воды и 79 % фенола, насосами с расходом 2500 ¸ 18000 кг/час, подаются в испаритель Е501/1, где подогреваются паром V4 до температуры 80 ÷ 95 °С, а затем в испаритель Е 501, где смесь подогреваются паром V16 до температуры 150 ¸ 170 °С. В зависимости от нагрузки на производство подогрев смеси можно вести только в одном испарителе Е501, минуя Е501/1.Парожидкостная смесь из испарителя Е501 попадает в сепаратор R501, обогреваемый паром и работающий под вакуумом 170 ¸ 190 мм.рт.ст. Вакуум создается по линии среднего вакуума и регулируется путем изменения отбора паров из сепаратора R501. Пары фенола с небольшим количеством ДФП выходят из верхней части сепаратора R501 и конденсируются в теплообменнике Е502, охлаждаемом оборотной водой. Во избежание кристаллизации дифенилолпропана в теплообменнике, корпус конденсатора Е502 промывается фенолом, подаваемым из емкости R101 насосами.Сконденсировавшийся и промывной фенол по барометрической трубе возвращается в сборник R 101. Температура фенола на выходе из конденсатора поддерживается 50 ¸ 80 °С. Рис. 3. Принципиальная технологическая схема секции кристаллизации дифенилолпропанаОптимизация процессаВ течение почти 50 лет поиск путей увеличения селективности процесса (снижение концентрации катализатора H2SO4, изменение типов кислотных катализаторов, времени пребывания продуктов в реакторе, снижение и увеличение температуры, изменение состава реакционной среды путем различных добавок и т.д.) был фактически безрезультатным: увеличить выход АМС и, соответственно, снизить выход фенольной смолы на практике не удавалось. Не удавалось ни в технологии гомогенного разложения ГПК (вариант процесса, впервые разработанный Удрисом, Немцовым, Кружаловым), ни в принципиально иной технологии, разработанной British Petroleum (BP) технологии т.н. “кипящего" ацетона. Казалось, что первые разработчики двух указанных технологий разложения ГПК изначально нашли оптимальные условия двух этих принципиально разных процессов и улучшить селективность принципиально невозможно.Для решения этих проблем КазаньОргсинтез отказались от концепции технологий, разработанных первопроходцами. В течение 20 лет, начиная с 1980 г., был создан и реализован на многих заводах мира принципиально новый процесс разложения ГПК:1)на основе проведенных детальных кинетических исследований одностадийный процесс был превращен (1980 г.) в двустадийный;2)принцип сверхбыстрого и полного (100%-го) разложения ГПК был отвергнут как ошибочный, и предложены прямо противоположные подходы [5—7]:медленное разложение ГПК;неполнота разложения ГПК конверсия ГПК за проход не более 65%;распределение конверсии ГПК по трем последовательно установленным реакторам 1ой стадии;превращение остаточного количества ГПК в реакторном узле 2ой стадии;3)коренное изменение состава реакционной среды для разложения ГПК перевод процесса с эквимольного отношения ацетон/фенол на реакционную среду ацетон: фенол: ацетон = 1.2 : 1 : 0.2 [6];4)управление величиной конверсии ГПК на 1-ой стадии процесса и контроль безопасности и величины селективности процесса с помощью дополнительно установленного реактора калориметра [6, 7];5)организация 2-ой стадии процесса в виде адиабатического реактора вытеснения для превращения: неразложенного на 1-ой стадии ГПК; ДМФК в АМС, а также синтезированного на 1-ой стадии дикумилпероксида (ДКП) в целевые про дукты процесса [6, 7];6)проведение превращений продуктов в реакторе 2-ой стадии:- в реакционной среде, отличающейся от состава реакционной среды 1-ой стадии [7];- применение “мягкого” кислотного катализатора (NH4HSO4) взамен “жесткого" (H2SO4) [6, 7];7)перевод процесса на компьютерный пуск [7, 8];8)создание и реализация трехуровневой защиты процесса вместо одноуровневой защиты [7, 8];9)компьютерное (online) управление и защита процесса от возмущающих режим факторов и оптимизация величины селективности процесса [8].Применительно к современному процессу разложения ГПК интересен факт, что изменение технологии построено на изменении химизма основной и побочных реакций.Указанные изменения были проведены на базе детальных исследований влияния состава среды на кинетику и механизм основной [5] и побочной реакций, которые как раз и выявили причины попыток различных исследователей во всем мире улучшить показатели процесса разложения ГПК. В результате исследований было установлено, что:1)реакционная среда (ФА, содержащие H2S04) обладает высокой кислотностью (рис. 7), определяемой функцией кислотности Н0 Гамметта (точнее, Щ), что и предопределяет чрезвычайно высокую скорость разложения ГПК;2)реакция разложения ГПК и большинство побочных реакций относятся к реакциям не общего, а специфического кислотного катализа, т.е. определяются не концентрацией H2S04, а функцией кислотности Щ;3)величина кислотности h0 реакционной среды при изменении соотношения ацетон/фенол, а также при очень небольших добавках протонных (напр., Н20, спиртов и т.п.) и апротонных растворителей (напр., кумола) может меняться в десятки раз, приводя, соответственно, к столь же значительным изменениям константы скорости реакций разложения ГПК и других протекающих в процессе реакций.Рис. 4. Изменение кислотности Л0 как функции: а) Н20 в эквимолярной смеси фенол/ацетон ([H2S04] = 100 ррм, Т= 25°С); б) [H2S04] в смеси фенол/ацетон при концентрации Н20 0.52 мае. % (1) и 0.31 мае. % (2)Проблема создания безопасного, компьютерноуправляемого и одновременно высокоселективного процесса разложения ГПК (таблица) нашла наиболее эффективное решение в рамках успешно используемой в промышленной практике технологии ФАН2000. Причем важно отметить, что впервые создан процесс разложения ГПК, в котором реализованная логика безопасности и защиты процесса не препятствует цели достижения максимальной его селективности. По созданной в КазаньОргсинтез технологии производится ~30 отн. % мировой мощности БФА 2.5 млн. т/год фенола и 1.5 млн. т/год ацетона, и к 2010 г. мощности производимого фенола по этой технологии возрастут на 1.5 млн. т/год.Проблема качества БФА. Долгое время была ахиллесовой пятой фенольного процесса, поскольку для производства карбонатных пластиков может быть использован только фенол высшего качества с общим содержанием примесей, не превышающим 0.01%, и удовлетворяющий “жестким" требованиям по показателям цветности. Последние прямо связаны с концентрацией в феноле гидроксиацетона (ГА) и образующегося Проведя детальные химические исследования всех химических реакций, протекающих при традиционной одностадийной очистке фенола с использованием сульфокатионитов, и вскрыв его принципиальные недостатки, КазаньОргсинтез полностью отказалась от этого метода, разработав новый двухстадийный способ очистки фенола [1, 2]. Кардинальным отличием этого способа является то, что на первой стадии осуществляется полное удаление ГА на специально разработанном гетерогенном катализаторе в условиях, исключающих образование 2МБФ, на второй стадии очистка осуществляется с использованием традиционных гетерогенных кислотных катализаторов (предпочтительно цеолитного типа). Результаты работы двухстадийной очистки на гетерогенных катализаторах представлены на рис. 5 (а и б).Рис. 5. Очистка фенола сырца: а) на гетерогенном катализаторе (первая стадия); б) на цеолитсодержащем катализаторе (вторая стадия). На основе этих данных можно сделать вывод, что катализатор первой стадии успешно решает задачу очистки фенола от ГА даже при экстремально высоких (в 5-10 раз превышающих обычные) значениях его концентрации в фенолесырце реального промышленного процесса. Срок непрерывной работы катализатора без регенерации составляет не менее 1.5 г. Уровень очистки фенола от примесей на катализаторе 2ой стадии (кислотный цеолитный катализатор) значительно превышает показатели, характерные для всех известных сульфокатионитов. Промышленной срок непрерывной работы катализатора 2-ой стадии без регенерации составляет 7 лет. Показатели чистоты получаемого фенола после двустадийной очистки соответствуют уровню, предъявляемому к фенолу, используемому для производства карбонатных пластиков.Расход сырья и пара по процессу в целом. Исходя из практически достигнутых, данных селективности основных стадий фенольного процесса и величин физических и химических потерь на вспомогательных стадиях процесса, общая селективность в фенольном процессе по потребляемому кумолу (в расчете на фенол) составляет 93.9 мол. % и 97.1 мол. % (1360 кг/т и 1315 кг/т, соответственно). Рекламируемые значения расходного коэффициента ниже 13-15 кг/т являются принципиально неверными.В зависимости от типа применяемой технологии разложения ГПК уровень расхода пара в оптимальных технологиях, составляет от 4.2 до 2.2 т/т фенола. Причем оптимальным следует признать 4.2 т/т, а величина 2.2 т/т достигается вследствие практически полной интеграции тепла, которая приводит к достаточно большим сложностям для тех, кто непосредственно эксплуатирует процесс. Расход охлаждающей воды составляет 300-350 м3/т фенола и сопоставим во всех типах лицензируемых технологий.Экономическая целесообразность коренной реконструкции несовершенных и морально устаревших технологий не требует доказательств цифры ежегодных потерь таких производств говорят сами за себя. В частности, заводы малой мощности (40-60 тыс. т/г. фенола), продолжающие использовать старые технологии, теряют от 5 млн. до 15 млн. долларов ежегодно. Заводы средней (70-120 тыс. т/г. фенола) и высокой мощности (150-300 тыс. т/г. фенола) теряют, соответственно, значительно больше практически пропорционально мощности. Правда, следует отметить, что многие заводы средней и большой мощности раз в 10-20 лет проводят ту или иную модернизацию, что приводит к некоторому снижению их потерь. Внедрение современных технологий, разработанных лучшими лицензиарами, приводит к коренному улучшению всех показателей производства экономики, безопасности и экологии.Как показывает опыт компании, которая успешно провела множество реконструкций на различных заводах мира, для достижения успеха при модернизации морально устаревших производств и технологий, требуется обычно комплексный подход, включающий в себя три этапа:1)затраты на поддержание процесса в работоспособном состоянии;2)проведение т.н.