Проектирование цеха по производству стирола

               

     1.4.2 Селективность процесса 

     Селективность реакций дегидрирования важна для предотвращения более глубоких превращений и для направленного взаимодействия по определенной функциональной группе исходного вещества.

     По селективности в реакциях дегидрирования катализаторы условно разбиваются на две группы: малоизбирательные контакты (в присутствии которых происходят более глубокие превращения) и более избирательные катализаторы (на которых преимущественно протекают первые стадии дегидрирования).

     Независимо от выбора катализатора и других условий на селективность дегидрирования сильно влияет температура. Обычно чем ниже температура, тем селективнее можно провести процесс по более реакционноспособным группам или остановить его на определенной промежуточной стадии. Наоборот, повышение температуры способствует глубоким превращениям. Поскольку при уменьшении температуры одновременно уменьшаются скорость процесса и производительность реактора, то практически в каждом случае можно найти область оптимальных температур, соответствующую минимуму экономических затрат. Дополнительные ограничения на выбор этого оптимума налагает обратимость реакции дегидрирования. Наконец, при равных условиях селективность зависит от времени контакта, определяющего фактическую степень конверсии исходного вещества. Обычно при дегидрировании, где оптимальная температура реакции 600-630⁰С, осложненном обратимостью реакции, степень конверсии составляет всего 20-40%, а время контакта находится в пределах от долей секунды до нескольких секунд [2]. 

             

     1.4.3 Реакторы процесса дегидрирования этилбензола 

     В промышленности процесс дегидрирования этилбензола проводят в реакторах двух типов — трубчатых и шахтных (адиабатических) В реакторах первого типа катализаторы загружают в трубы из хромо-никелевой стали, диаметр которых обычно не превышает 200 мм. Железо ускоряет реакции расщепления углеводородов, поэтому для уменьшения отложений сажи и смол на внутренних стенках трубы бывают выложены сплавом, состоящим из 98% меди и 2% марганца.

     Процесс проводят при температуре около 600° С. Трубы обогревают дымовыми газами, проходящими через межтрубное пространство. Для более равномерного обогрева труб топливо сжигается в двух топочных камерах реактора. Дегидрирование проводят в присутствии водяного пара (соотношение этилбензол: водяной пар = 1:1,2). Время контакта 0,6 сек. В продуктах реакции содержится. 0,8% бензола, 1,1% толуола, 58—60% непрореагировавшего этилбензола, 38—40% стирола и ~0,9% высококипящих веществ.

     Побочные продукты (толуол, бензол и др.) образуются в результате следующих реакций: 

     С₆Н₅С₂Н₅ → С₆Н₅СН=CH₂ + H₂ (стирол)                                           (23)          

     С₆Н₅С₂Н₅ → С₆Н₆ + С₂Н₄ (бензол)                                                       (24) 

     С₆Н₅С₂Н₅ → С₆Н₅СН₃ + CH₄ (толуол)                                                 (25) 

     С₆Н₅С₂Н₅ → С₆Н₆ + С₂Н₄ (бензол)                                                       (26) 

     С₆Н₅С₂Н₅ → 7C + CH₄ + 3H₂                                                                (27) 

     Кроме того, в результате свободнорадикальных реакций, протекающих в пространстве между зернами катализатора, образуются изопропилбензол и      α-метилстирол, следы бутилбензола, дифенилэтан и стильбен. Несмотря на протекание побочных реакций, выход стирола составляет более 90% (расчет на прореагировавший этилбензол); за один проход через контактную массу превращению подвергается 40% этилбензола.

     Ко второму типу аппаратов относятся шахтные адиабатические реакторы. Аппарат цилиндрической формы изготовлен из стали и футерован изнутри огнеупорным кирпичом. В верхнюю часть аппарата вмонтированы люк для загрузки катализатора, смеситель и распределитель паров по сечению аппарата. Реактор загружают керамическими кольцами Рашига и катализатором. Для облегчения замены отработанного катализатора свежим в аппарат вставлен металлический полый конус; при подъеме конуса катализатор и насадочные кольца высыпаются через нижний люк. Стенки конуса перфорированы для прохождения паров и газов. Загрузка колец и катализатора производится через верхний люк; конус предварительно опускают вниз для перекрытия выгрузного отверстия.

     К достоинствам адиабатического реактора можно отнести простоту конструкции и высокую производительность. Основные недостатки адиабатических реакторов следующие:

     1.Большой расход пара, который в адиабатических реакторах служит не 
только разбавителем (для понижения парциального давления углеводородов), 
но и теплоносителем. Вследствие этого весовое отношение водяного пара к 
этилбензолу в адиабатических реакторах составляет 2,6:1 (против 1,2:1 в 
трубчатых реакторах).

     2.Из-за значительного перепада температур по высоте слоя катализатора показатели процесса (конверсия, выход) в адиабатическом реакторе ниже, чем в трубчатых реакторах, где условия процесса приближаются к изотермическим.

     3.Недостаточно равномерное распределение потока паровой смеси по сечению аппарата, особенно заметное при большом диаметре реактора.

     Для устранения недостатков адиабатических реакторов проводятся исследования по усовершенствованию их конструкции. Так, например, предложено секционировать реакторы по высоте путем разделения общего объема катализатора на несколько слоев (2-3 слоя) и подавать во все слои перегретый водяной пар, чтобы разбавление углеводородов перед последним слоем катализатора было таким же, как и в одностадийном аппарате. Благодаря прогреву катализатора в каждой зоне разность температур между верхними и нижними слоями значительно уменьшается. 

             
 
 

             

               
 
 
 
 
 

               
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      _{2 Обоснование выбора производства стирола дегидрированием этилбензола} 

      В  связи  с задачей  углубления  переработки, увеличения отбора  и  улучшения  качества  стирола на установках современных отечественных заводов, необходима регулярная их диагностика и модернизация.

      В  данном дипломном проекте  установки  каталитического  дегидрирования  производительностью  5000000 т/год были  анализированы материалы о состоянии технического  уровня  передовых установок зарубежных  стран сотрудничества, а также установок заводов Республики Казахстан.

      Известно, что на установках каталитического  дегидрирования  осуществляется  получение высококонцентрированного стирола. Общепринятой  является  схема дегидрирования этилбензола в реакционных реакторах, в количестве  трех  штук,  с  использованием  сложных металлооксидов типа Fe_x1AL_1-x1)₂O₃ и Mg_1-x2Fe_x2O, где x₁=x₂=0,3-0,4 со структурой шпинели, для образования которых другими методами требуются более высокие затраты энергии и реактивов.

      Как уже отмечалось раньше, существует несколько вариантов получения стирола, из них три основных:

      1)Получение стирола из процесса пиролиза;

      2) Процесс получения стирола из бутадиена;

      3) Каталитическое дегидрирование этилбензола.

      На  долю установок с каталитическим дегидрированием в странах СНГ приходится 95% от общего количества установок каталитического дегидрирования. Стоимость этих установок значительно ниже, чем стоимость установок с непрерывной регенерацией.

      Поэтому для проектируемой установки выбираем вариант дегидрирования этилбензола с периодической регенерацией катализатора.

      Основными  факторами, оказывающими  влияние  на выбор места  строительства,  являются сырьевая  база, энергические  ресурсы,  расстояние  до места  потребления продукции, наличие  рабочей  силы, качество подготовленности инженерно-технических работников  и расположение  к путям сообщения. Выбор места строительства принимается иногда  из  схем  привлечения и размещения  соответствующих отраслей  народного хозяйства.  Правильное  размещение  производственных  сил  позволяет  не  только  ускорить  сроки  хозяйственного  и  монтажного  строительства  завода, но  и  правильно  сочетать  интересы  Республики Казахстан  с  интересами  соседних  государств и  государств  мирового  сообщества. Направление ветров северо-восточное,  что  позволяет  соблюдать  санитарные нормы, чистоту  воздушного  бассейна  над городом [21]. 
 

             

      3. Технологическая часть 

      3.1 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов. 

Таблица 2

      Характеристика  исходного сырья, материалов и полупродуктов 

продолжение таблицы 2