Содержание к диссертации
Введение
1 ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
1.1 Предыстория возникновения нефтехимической промышленности 6
2 СТАНОВЛЕНИЕ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА АО «УФАНЕНФТЕХИМ»
2.1 Исторические этапы развития предприятия. 16
2.2 Опытно-исследовательская деятельность. 27
2.3 Реконструкция основных процессов завода. , 29
2.3.1 Установка каталитического крекинга типа 1 - А/1 - М. 31
2.3.2 Освоение процессов гидрокрекинга средних дистиллятов . 32
2.3.3 Гидроочистка нефтепродуктов и. гидрогенизационные процессы 33
2.3.4 Интенсификация и повышение эффективности производства 35 смазочных масел.
3 ИСТОРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
3.1 Характеристика производства СЖК. 40
3.2 Механизм образования кислот при окислении парафиновых углеводородов.
3.3 Совершенствование процесса окисления парафина. 44
3.4 Окисление парафина. 46
3.5 Приготовление марганцевых и натриевых мыл . 47
3.6 Совершенствование процессов омыления оксидата и отделения неомыляемых.
3.7 Установка омыления СЖК 53
3.8 Опыт эксплуатации установки разделения СЖК на отдельные фракции.
3.9 Установка дистилляции жирных кислот. 57
3.10 Утилизация отходов СЖК. 59
3.11 Освоение производства синтетических жирных спиртов прямым гидрированием СЖК.
3.12 Влияние состава СЖК на свойства эфиров. 62
4 АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСШИХ ЖИРНЫХ СПИРТОВ.
4.1 Организация производства на АО «Уфанефтехим». 67
4.2 Особенности технологических установок и реконструкций производства ВЖС.
4.3 Технико-экономический анализ закрытия производства. 86
5 ИСТОРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ.
5.1 Предыстория организации производства. 89
5.2 Особенности технологических установок и реконструкций производства ароматических углеводородов.
5.2.1 Производство бензола, толуола на установке 35-6. 94
5.2.2 Производство ксилолов на установке 35 - 9/2. 97
5.3 Комплекс получения ароматических углеводородов (КПА). 98
5.4 Описание процесса и технологических схем КПА. 100
5.5 Организация производства углеводородных растворителей. 103
5.6 Технико-экономическая характеристика производства. 105
ВЫВОДЫ 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 11 о
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 120
- Предыстория возникновения нефтехимической промышленности
- Освоение процессов гидрокрекинга средних дистиллятов
- Приготовление марганцевых и натриевых мыл
Введение к работе
Актуальность работы
Историко-научные исследования в различных отраслях экономики способствуют созданию общей картины развития промышленности, позволяют определить тенденции научно—технического прогресса и сделать прогнозы на будущее.
Нефтехимический комплекс Башкортостана является главным источником экономического и социального развития республики, по объему перерабатываемого сырья занимает первое место в Российской Федерации, производит половину нефтехимической промышленности продукции Уральского экономического региона и дает около 40% прибыли промышленности Республики Башкортостан.
Наличие развитой нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности дает возможность республике поддерживать внешнеэкономические связи с двадцатью странами мира [40].
На АО «Уфанефтехим» внедрены уникальные нефтехимические процессы, которые в России являются единственными.
В связи с огромной долей нефтехимических производств АО «Уфанефтехим» в экономике Республики Башкортостан анализ исторических этапов становления нефтехимических производств, пути и перспективы их развития являются актуальной задачей. Цели: обобщение и систематизация данных о крупнейшем предприятии нефтехимии Башкортостана АО «Уфанефтехим», его основных нефтехимических процессах и производствах; исследование этапов становления и развития следующих производств: высших жирных спиртов (ВЖС), ароматических углеводородов, синтетических жирных кислот (СЖК), входящих в АО «Уфанефтехим»; выявление условий развития, роста и закономерностей эффективного функционирования вышеназванных производств.
Научная новизна. Впервые изучено становление нефтехимического комплекса АО «Уфанефтехим». Показаны основные этапы развития, проведен анализ технико-экономических показателей реконструкции и модернизации производств.
Впервые исследована организация, особенности развития крупнейшего в мире производства высших жирных спиртов.
На основании технико-экономической документации рассмотрены тенденции функционирования производства синтетических жирных кислот, роль опытно-конструкторской деятельности коллектива завода.
Исследованы история развития производства ароматических углеводородов, особенности реконструкций установок.
В диссертационной работе систематизирован опыт работы крупного нефтехимического предприятия Республики Башкортостан. Выводы и рекомендации, разработанные в диссертационной работе, используются при чтении курса лекций в Государственном образовательном учреждении Уфимском нефтяном техникуме по дисциплинам: «Процессы и аппараты технологических производств»; «Технология переработки нефти и газа»; «Организация и технология отрасли»; «Охрана труда на нефтеперерабатывающих заводах».
Диссертация состоит из пяти глав, выводов и списка литературы, изложена на ста двадцати страницах машинописного текста, включая 7 таблиц, 31 рисунок, список литературы из ста двадцати четырех наименований.
Выражаю благодарность научному консультанту - доценту Уфимского государственного нефтяного технического университета кафедры «Безопасность производства и прикладной экологии» Шаховой Ф.А. за помощь в работе над диссертацией.
Предыстория возникновения нефтехимической промышленности
Еще в 1872 г. Д.И. Менделеев сообщил своему правительству после посещения пенсильванских нефтепромыслов, что «этот материал (нефть) слишком драгоценен, чтобы жечь его, топить можно и ассигнациями, а нефть надлежит использовать как исходное сырье для производства химических продуктов» [3].
Однако прошло много лет, прежде чем из нефти, продуктов ее переработки начали получать полезные химические вещества.
В дореволюционной России промышленности основного органического синтеза практически не существовало. Даже лесохимическая промышленность, уходящая корнями в глубокую древность, в дореволюционные годы была технически отсталой; большая часть метилового спирта производимого ею вывозилась заграницу, так как он не находил применения внутри страны. В коксохимической промышленности, возникшей в России еще в 30 - х годах XIX в., мало использовались получаемые при коксовании химические продукты. В 1913 г. Имелось лишь 6 - 7% коксовых печей рекупераци-онного типа, причем размещались они главным образом на шахтах, а общий объем коксования с улавливанием химических продуктов в 1913 г. не превышал 30% [1, 113].
Не лучше было положение и в нефтеперерабатывающей промышленности. Хотя по добыче нефти Россия прочно занимала второе место в мире, сразу после США, техника производства оставалась низкой. Основным типом оборудования являлись кубовые батареи, вследствие чего выход наиболее ценных продуктов (бензина, керосина и др.) составлял всего 30 - 40%; остальное - низкосортное топливо или прямые отходы [1].
Промышленное производство органических продуктов находилось в зачаточном положении. Несколько фабрик фармацевтических препаратов и два завода красителей, принадлежавшие немецким фирмам и работавшие на ввозимых из Германии полупродуктах, - такова была производственная база для выработки органических продуктов перед первой мировой войной.
На основе работ Н.Д. Зелинского, А.Ф. Добоянского, А.А. Никифорова в годы первой мировой войны в Баку было создано первое промышленное производство толуола методом пиролиза керосина, сыгравшее большую роль в обеспечении России толуолом для выработки из него тротила. Однако в дальнейшем послереволюционная экономическая разруха, привели к тому, что почти все эти предприятия прекратили свою деятельность.
После Октябрьской революции начался подъем химической промышленности. Общий рост промышленности, производящей средства производства, должен был достигнуть по плану ГОЭЛРО 216,7% к довоенному уровню, а рост химической промышленности определялся 250% [2, 49].
Параллельно с восстановлением старых предприятий проводится их техническая реконструкция, расширяются производственные мощности и совершенствуются технологические процессы на лесохимических предприятиях, заново создается химико-фармацевтическая промышленность, возникает ряд новых отраслей химической промышленности (производство пластмасс, химических волокон, синтетических смол). В 1932 г. в СССР впервые в мире был пушен завод синтетического каучука.
Быстрый рост важнейших отраслей химической промышленности привел к необходимости привлечения новых источников сырья - нефти и природных газов. В промышленности основного органического синтеза возникло новое направление - нефтехимическое.
Химическая промышленность Запада до второй мировой войны использовала традиционное исходное сырье: уголь, древесину, животные и растительные вещества и только небольшое количество нефтепродуктов [3, 50]. Нефтяная и химическая промышленность объединились в нефтехимическую в мировых масштабах в середине сороковых годов XX века, в послевоенное время новые горизонты открывались и перед химической промышленностью. До 1939 г. нефтяные компании удовлетворяли всевозрастающий спрос на бензин, горючее и смазочные масла. У них не было стимула полностью использовать химический потенциал своего сырья. Химическая промышленность удовлетворялась тем, что в большой мере продолжала опираться на традиционное сырье - уголь, соль, древесину, различные животные и растительные вещества, - покупая лишь небольшое количество нефтепродуктов для последующей обработки. Трудности военного времени объединили между собой две отрасли промышленности - химическую и нефтеперерабатывающую, что привело к большим успехам.
Характерным примером в этом отношении был каучук. Когда японцы вторглись в Малайзию, Англия и Соединенные Штаты остались бы без.натурального каучука, если бы не успехи, достигнутые химиками, которые, соединив стирол с бутадиеном, получили синтетический каучук. Бутадиен получали из бутана, который извлекается из природного газа и попутного газов. В газах, получаемых при переработке нефти, и природном газе содержатся также пропан, этан и различные ценнейшие соединения, и вскоре стало ясно, что при надлежащей обработке они могут дать почти безграничное количество самых разнообразных полезных веществ: одним из них был неочищенный толуол, исходное сырье для производства тринитротолуола, другим - пластмассы, затем моющие средства, заменяющие собой мыло, удобрения, повышающие объем производства продуктов питания, и такие синтетические волокна как нейлон [3, 50]. Значительная часть основной подготовительной работы была проделана до войны, но массовое производство химических продуктов на нефтяной основе, было продиктовано чрезвычайными обстоятельствами военного времени.
Освоение процессов гидрокрекинга средних дистиллятов
В 1974 г. впервые в Советском Союзе была построена крупнотоннажная установка гидрокрекинга фирмы «Жекса» в комплекте в установкой производства водорода фирмы «Лурги». Согласно проекту установка гидрокрекинга предназначена для переработки вакуумного газойля Арланской нефти или смеси вакуумного газойля и тяжелого газойля коксования с получением дизельного топлива или керосина. В течение 1974 - 1976 гг. установка неоднократно останавливалась и пускалась из - за технологических и механических неполадок, эксплуатировалась на 30% от проектной мощности.
К основным неполадкам следует отнести вибрацию сырьевых компрессоров, отложение солей в трубках змеевика пароперегревателя, сильную коррозию на блоке поташной очистки водорода.
В период с 1975 - 1976 гг. часть вышеперечисленных недостатков была устранена. Производительность установки была доведена до 70% проектной мощности. Режим работы, основные показатели, качество технического водорода установки были близкими к проектным.
В 1975 г. была пущена установка гидрокрекинга, которая работала на вакуумном газойле, на смеси Западно-Сибирских и смешанных нефтей (Сергеевских, Уфимских, Арланских).
В 1976 г. установка работала уже более стабильно по варианту получения дизельного топлива, на режиме, близком к проектному; выход жидких и светлых нефтепродуктов составил соответственно 98,3 и 97,3% вместо 94% по проекту; выход дизельного топлива - 80% на сырье вместо 73,8% по проекту. Качество получаемых продуктов бензина, дизельного топлива по всем основным показателям значительно выше заложенных контрактом и проектом [19].
Приготовление марганцевых и натриевых мыл
Марганцевые мыла готовятся в мешалках Ml (рисунок 3). Для приготовления марганцевых мыл используется водный раствор сульфата марганца, водный раствор едкого натра, синтетические жирные кислоты фракции С5-С9 [22].
В результате реакции сульфат марганца переходит в гидратную форму с образованием белого осадка Мп(ОН) по реакции:
MnS04 + 2NaOH - Mn(OH)2 + Na2S04
К получаемой реакционной массе добавляется расчетное (с избытком в 100 л на 10 загрузок) количество кислот С5-С9. Избыток кислот в 100л дается для более полного проведения реакции между гидроокисью марганца Мп(ОН)2 и кислотами С5-С9 и для получения транспортабельных марганцевых мыл.
Продукты перемешиваются до полного растворения марганца в кислотах:
Мп(ОН)2 + 2RCOOH -» (RCOO)2Mn + 2Н20
После растворения гидратной формы массу подвергают отстою, для чего останавливают мешалку. Продолжительность отстоя - 1,5-2 часа.
Во время отстоя полученные марганцевые мыла всплывают наверх, внизу образуется водный слой раствора сульфата натрия, который откачивается насосом НЗ.
Безводные марганцевые мыла - компонент катализатора перекачиваются насосом НЗ в емкость МЗ для дальнейшего использования в процессе окисления парафина.
Приготовление натриевых мыл ведется в мешалках М2. Для приготовления натриевых мыл используется водный раствор едкого натра NaOH и синтетические жирные кислоты С5-С9.
Технологическая схема и технология приготовления заключается в следующем:
Расчетное количество (с избытком в 1%) едкого натра из емкости Е2 перепускается в дозировочный мерник Д2, откуда насосом НЗ перекачивается в мешалки М2.
Ввиду возможного расслаивания компонентов катализаторной смеси при длительном хранении марганцевых и натриевых мыл, после окончательного приготовления хранятся отдельно друг от друга - марганцевые мыла в МЗ, натриевые - в мешалке М2. Раздельное хранение и дозировка марганцевых и натриевых мыл позволяют добиться точной дозировки приготовленного катализатора с соблюдением наиболее оптимального соотношения между металлами марганца и натрия, что является одним из главных условий получения оксидата хорошего качества, каждый из компонентов катализатора в окисляемую смесь подается через дозировочный мерник Д1 или Д2.
Приготовление раствора катализатора на основе отходов витаминной промышленности или 10% перманганата калия или двуокиси марганца в воде производится в мешалках М4, М5. Приготовление и откачка раствора осуществляется периодически. В одной мешалке готовится раствор, из другой откачивается в мерник Д6.
Смесь парафина с катализатором приготавливается из свежего и возвратного парафина в соотношении 1:2. К смеси добавляется катализатор из расчета 0,07-0,1% (масс.) металлического Мп, 0,04-0,06% (масс.) металлического Na от общего веса загрузки.
В Е8 смесь нагревается до температуры 90-100 С, а затем в емкость Е8 насосом НЗ подается катализатор из дозировочного мерника Д1 или Д2. Время подачи катализатора 25-30 минут. После введения всего катализатора дается остальная часть возвратного парафина. Одновременно с добавлением возвратного парафина постепенно поднимается температура на выходе из ТІ до 115С и в емкости Е8 до 110С.
Из различных методов выделения жирных кислот из окисленного парафина наиболее приемлемым для практического применения является перевод кислот в соли и отделение последних в виде водного раствора от нейтральных продуктов. Процесс омыления оксидата осуществляется путем его обработки 20 - 25%-ным раствором кальцинированной соды на первой ступени и 40%-ным раствором каустической соды на второй. Из омыленного продукта отделяются отстоем нулевые и первые неомыляемые. Продукт, частично освобожденный от неомыляемых, поступает в печь, где нагревается до 350 - 360С, после чего отгоняются вторые неомыляемые с водяным паром [28].
По принятой в промышленности технологии омыления оксидата и дальнейшая термообработка проводятся в присутствии избытка щелочи 0,2 -0,3% в мыльном растворе. При термической обработке мыла при высоких температурах в присутствии щелочи значительная часть эфирных соединений разрушается без образования целевых кислот, при этом присутствие свободной щелочи способствует протеканию процесса декарбоксилирования солей жирных кислот и излишнему расходу щелочи и серной кислоты. Необходимо отметить, что поддержание избытка щелочи по лабораторным анализам затруднено в связи с изменением состава и качества оксидата и других показателей.
С целью снижения избытка щелочи в омыленном продукте АО «Уфа-нефтехим» совместно с ГрозНИИ проведен опытно - промышленный пробег по получению СЖК с неполным омылением оксидата. Было показано [27], что при снижении количества подаваемой на омыление щелочи до 60 - 70% по эфирному числу не наблюдается ухудшение качества СЖК и уменьшения выходов продуктов. Однако при этом повышается кислотное и эфирное числа неомыляемых, что ведет к коррозии аппаратуры на узлах отделения не-омыляемых и термообработки. При существующем аппаратурном оформлении процесса и достигнутом уровне автоматизации и методов лабораторного контроля омыление может вестись с избытком щелочи 0,05 - 0,1% вес. на последней ступени омыления. При этом перед термопечью в продукте избыток щелочи практически отсутствует.
