Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Предыстория ОАО "Уфаоргсинтез" (бывший Уфимский завод синтетического спирта УЗСС) 14
Глава 2 Мероприятия завода по увеличению производительности производства синтетического этилового спирта
2.1. Освоение проектной мощности и наращивание производства синтетического этилового спирта в 1956-1965 годах 31
2.2 Наращивание мощности производства этилового спирта на УЗСС в 1966-1970 годах 37
2.3 Наращивание мощности производства этилового спирта на УЗСС в 1971-1975 годах 39
2.4 Наращивание мощности производства этилового спирта на УЗСС в 1976-1980 годах 42
2.5 Наращивание мощности производства этилового спирта на УЗСС в 1981-1990 годах 45
2.6 Производство этилового спирта на ОАО "Уфаоргсинтез" в 1991-1999 годах 46
2.7 Положение УЗСС на фоне родственных предприятий (на примере периода 1971-75 годы) 48
Глава 3 Модернизация и реконструкция производства 58
3.1 Работы по совершенствованию катализатора гидратации этилена 59
3.2 Реконструкция узла гидратации этилена 70
3.3 Реконструкция и модернизация узла ректификации этилового спирта 80
Мероприятия по снижению содержания полимеров 89
Утилизация газовых отдувок с колонн ректификации 97
Мероприятия по улучшению качества синтетического этилового спирта
Заключение 127
Список использованной литературы 129
- Освоение проектной мощности и наращивание производства синтетического этилового спирта в 1956-1965 годах
- Наращивание мощности производства этилового спирта на УЗСС в 1971-1975 годах
- Реконструкция и модернизация узла ректификации этилового спирта
- Утилизация газовых отдувок с колонн ректификации
Введение к работе
Этиловый спирт является одним из веществ, играющих используется как основное сырье, а в других - как вспомогательный материал. Этиловый спирт употребляют более 150 различных производств. Он применяется также для изготовления различных растворителей, в медицине, как горючее и моторное топливо [1].
Растет мировая тенденция использования этилового спирта как основного экологически чистого растворителя в электронной промышленности, в быту, медицине, парфюмерной и косметической промышленности.
В последнее время в России и за рубежом уделяется большое внимание развитию технологий производства и применения этанола в составе моторного топлива и как горючего материала [2 - 5] в автомобильном транспорте.
Этанол находит и более специфическое применение в некоторых отраслях производства, например при получении пористого оксида алюминия [6], для обессеривания угля [7] и других.
Этиловый спирт получают различными способами. Наиболее древний их них - это брожение пищевого сырья (картофель, хлебные злаки, отходы сахарных заводов), гидролиз древесины с последующим брожением, из сульфидных щелоков. В основе этих производств заложено брожение Сахаров [8]. Синтетический этиловый спирт получают методом сернокислотной гидратации этилена и прямой гидратации этилена [9 - 11].
Развитие производства синтетического спирта существенно изменило сырьевую базу. Роль непищевого спирта непрерывно возрастает с 1946 года. Если ранее основная масса этилового спирта вырабатывалась из пищевого сырья и этот спирт также использовался на технические цели, то с данного периода большая доля технических потребностей покрывается за счет синтетического спирта.
Широкий диапазон использования синтетического этилового спирта требует детально проследить развитие технологии его производства с целью дальнейшего совершенствования этилового спирта требует детально проследить развитие технологии его производства с целью дальнейшего совершенствования.
В преддверии XXI века, когда стоит задача по замене экологически опасных веществ на менее опасные и экологически чистые, историко-технические исследования, мероприятий по наращиванию мощностей производства и улучшению качества получаемого синтетического этилового спирта в республике Башкортостан, где построен первый в СССР завод по получению этилового спирта методом прямой гидратации этилена, является актуальной задачей.
Целью настоящей работы является: исследование этапов становления и развития производства синтетического этилового спирта прямой гидратации этилена на примере ОАО «Уфаоргсинтез», первоначальное название которого Уфимский завод синтетического спирта (УЗСС), анализ результатов реконструкции и модернизации узлов производства, установление факторов, способствующих увеличению ассортимента продукции, улучшающих качество синтетического этилового спирта, доведение его до уровня пищевого. - выявление перспективной технологической схемы получения синтетического этилового спирта.
Данная работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ по «Уфаоргсинтез» и планом исследовательских работ ОТК-ЦЗЛ: : согласно п.З 1997 года "Очистка синтетического этилового спирта на цеолитах, ионитах", п.2 1998 года "Повышение качества синтетического этилового спирта", п.4 1998 года "Получение абсолютизированного этилового спирта", п. 6 1998 года "Разработка способов получения очищенного спирта", п.2 1999 года "Повышение качества синтетического этилового спирта".
Впервые на основе обобщения и анализа историко-технического материала прослежено изменение качества синтетического этилового спирта и технико-экономических показателей с момента пуска его производства до наших дней в результате модернизации оборудования и реконструкции производств
В результате изучении опыта работы первого завода по получению синтетического спирта методом прямой гидратации этилена. Показана перспектива производства, что может быть использовано при проектировании новых установок и модернизации работающих производств на родственных предприятиях. Результаты работы могут быть использованы при создании обобщающих научных трудов, посвященных развитию производства синтетического этилового спирта.
Освоение проектной мощности и наращивание производства синтетического этилового спирта в 1956-1965 годах
Весной 1962 года строительство второй очереди производства этилового спирта в основном было завершено. Первым вошел в строй действующих цех гидратации этилена. И вот настал день когда в этом цехе были получены первые тонны продукции. Это было 12 апреля 1962 года. Начальник смены А. Дуркин написал об этом заметку в заводскую газету "Нефтехимик" [23]:
"В ночь на 11 апреля цех №3 второй очереди была принята долгожданная этиленовая фракция . Настроение аппаратчиков приподнятое, праздничное. Все знали, что в цехе еще много неполадок: линии постоянно забивались грязью, оставшиеся после монтажа, приходилось все процессы регулировать вручную, бывали случаи когда отказывали контрольно-измерительные приборы. Но жесткий график пуско-наладочных работ обязывал вывести на режимные параметры сначала, затем пятую, четвертую и другие системы гидратации.
Аппаратчики, машинисты пришли на работу рано и приняли процесс дорежимных параметров. Велико было наше огорчение, когда из-за выявленных недостатков и отказа прибора расхода пара высокого давления пришлось расхолодить систему.
Утром 12 апреля сменой "А" (начальник смены А.В. Иванов) было выдано 70 куб. м водно-спиртового конденсата (ВСК) в отделение ректификации.
... Молодежь на вахте труда. Внимательно следит за процессом старший аппаратчик Михаил Еремин, пришедший с большим опытом из цеха № 3 первой очереди. Он без отрыва от производства учится на пятом курсе института, советует другим, как лучше поддерживать режим. Уверенно орудует задвижками на регулировке пара Раис Каюмов. Яровиков и Шайхузин - новички на нашем заводе, но по их работе этого сказать нельзя: наравне со " старичками " они успешно справляются со своими обязанностями. Заслуживает также похвалы старший аппаратчик ректификации Христолюбова, аппаратчицы Шарова, Евсеева, Ермакова и другие. И вот в 11 часов дня аппаратчик сепарации Культимотов принес первую пробу светло-желтого водно-спиртового конденсата." [24]
Перед коллективом цеха гидратации стаяла задача до мая пустить еще две системы и добиться на трех системах проектного съема спирта. Так как новые цеха пиролиза и газоразделения не были пущены , сырье - этилен- шло в цех гидратации из цехов первой очереди, были созданы все условия, чтобы системы нового цеха были загружены на полную мощность, работали ритмично. Уже 10 мая 1962 года коллектив цеха № 3 выработал свыше тысячи тонн этилового спирта. Многие аппаратчики и машинисты научились четко вести технологический режим. В этом сказался опыт старших аппаратчиков К.Х. Исламгалеева, Г.И. Шулешова, Е.И. Магдеевой, начальников смен А.В. Иванова, В.Н. Панкрашина, В.Н. Карасева и других.
Освоить проектную мощность цеха гидратации 2 очереди, коллективу завода потребовалось всего лишь три месяца, когда как мощность цеха гидратации 1 очереди производства этилового спирта осваивалась более 2-х лет.
В преодолении трудностей еще крепче становилась дружба коллективов смен, цехов. Хорошо написал в своих воспоминаниях о дружбе смены "Б" цеха гидратации 2 очереди начальник отделения А.В. Иванов [23, 24]:
"Декабрь 1963 года. Едем с ночной вахты домой. Ровно стучат колеса трамвая на стыках рельс. Вагон покачивает из стороны в сторону. Несмотря на стук и холод, одолевает усталость, глаза смежает сон. Приятно находиться в забытьи. Но вот вагон подбросило на стрелках и оцепенения как не бывало. Перед глазами - серьезные, уставшие лица товарищей по нелегкому труду.
Напротив сидит Валя. Слегка наклонив голову, она дремлет, ночью останавливали колонну, пришлось много поработать, чтобы обеспечить фронт действий тем, кто придет днем. А мороз был более 20 градусов, аппаратура может замерзнуть, все необходимо предусмотреть...
Перекрыта последняя труба. Далее предстоит слесарная работа. А в смене всего один специалист. Спрашиваю технологов: " Кто добровольно поможет выполнить работы ". Володя Яровиков и Миша Цуканов без колебаний отправляются на колонну.
Медленно растет высота до 37 метров. И чем выше, тем сильнее ветер и ощутимее мороз. Короткая передышка у горячей батареи отопления - и снова ледяной холод ключей в руках, да алмазная россыпь звезд над головой.
Болты стянуты крепко, гайки от холода покрылись тонкой ледяной коркой. Ключ Володи соскользнул, он ощутил прикосновение стали. Левую щеку заломило от жгучей боли. Володю заменяет бывший моряк, спортсмен и знаток своего дела Николай Гордеев. И снова закипела работа. - Люки разболчены, жидкость из трубопроводов слита, заглушки на линиях выставлены - вскоре доложили ребята". А это значит, что , когда в 8 часов придут рабочие и приступят к ремонту колонны, простоя у них не будет. И как следствие - будет сокращен до минимума срок ремонта, колонна снова заработает и даст спирт..."
Пуск цехов осуществлял коллектив, возраст которого не превышал и 30 лет. Было трудно, очень трудно. Не выдерживаша техника, но люди держались. Их опыт и знания были широко использованы в дальнейшем. Молодежь, воспитанная в патриотическом духе, на героических традициях Родины, с энтузиазмом взялась за новое дело, трудилась самоотверженно с большим подъемом. С самого начала завод был объявлен ударной комсомольской стройкой. Как признание заслуг молодежи заводу было присвоено имя 40-летия ВЛКСМ.
Наращивание мощности производства этилового спирта на УЗСС в 1971-1975 годах
В эти годы шло планомерное наращивание мощностей производства синтетического этилового спирта. Выработка синтетического этилового спирта в эти годы возросла со 106 тыс. т в 1966 году до 170 тыс. т в 1970 году. Уменьшение выпуска синтетического этилового спирта в 1966 году по сравнению с 1965 годом произошло вследствие аварийной остановки цехов 1 очереди в июле 1966 года и их простоем в течение 5 месяцев 1966 г. Увеличение выработки спирта в последующие годы шло и за счет увеличения производительности реакторов 1,85 т/час. до 2,03 т/час. , и за счет более эффективного использования оборудования во времени.
Среднегодовые темпы прироста выработки синтетического этилового спирта по отрасли за период 1965-1970 г. были невысокие и составили 3.7% в год. Замедленный рост производства синтетического этилового спирта вызван существующей в последние годы тенденцией к снижению его потребления в промышленности синтетического каучука. Из-за неблагоприятной экономики производства дивинила из синтетического спирта в перспективе предполагалось постепенное высвобождение его из сырьевого баланса каучука [25 - 26].
Производительность систем гидратации несколько выросла, хотя съем этилового спирта в отдельные месяцы снижался вследствие использования носителя катализатора низкого качества Относительное увеличение коэффициента экстенсивного использования объясняется стабильным обеспечением цехов гидратации этиленом и лучшей организацией ремонта (внедрение централизованной ремонтной службы, максимальная механизация ремонтных работ, применение дуговой сварки, наличие запаса теплообменного оборудования). Ухудшение использования реакторов в 1966 году объясняется аварийной обстановкой в июле 1966 года. Колебания в производительности реакторов в этом году составили на 1 очереди 30.3%, на 2 очереди - 6,9%. Динамика экстенсивного использования гидрататоров имела некоторую тенденцию к улучшению и стабилизации особенно в 1968-1970 годах. За годы 1965-1970 улучшилось качество спирта этилового спирта, это способствовало тому, что спирт, выработанный уфимскими нефтехимиками, стали применять в машиностроительной, электротехнической, лесохимической, лакокрасочной, бумажной и других отраслях промышленности. Увеличение себестоимости этилового спирта на 19,5% в 1966 году объясняется следующими причинами: 1. значительным сокращением (33%) объема выработки спирта (увеличение себестоимости на 18,1%) 2. увеличение норм расхода сырья и материалов, энергоресурсов повышение цен на сырье и энергоресурсы при одновременном некотором снижении цен на побочную продукцию. Значительный рост себестоимости этанола в 1968 году объясняется прежде всего ростом норм расхода сырья и материалов, этому также способствовал рост цен на сырье и материалы. Отрицательное влияние этих данных был ослаблен увеличением выхода побочной продукции. Низкий коэффициент использования гидрататоров объясняется снижением активности (отравления) катализатора в связи с попаданием в пирогаз аммиака с колонны установки выделения бутилен-дивинильной фракции, отдувки с которой попадают на всас компрессоров пирогаза. На УЗСС наблюдались механические потери этилена, которые в период 1965-1970 годах возросли с 5,8 % до 11,9%. Это наряду с ухудшением герметичности оборудования, также связано с пуском системы на ингазе и проведением мероприятий по улучшению качества синтетического спирта. Состав углеводородного сырья в 1966 - 1970 годах: Производство синтетического спирта в 1971-75 годах продолжало развиваться, главным образом, за счет имеющихся резервов на предприятии. Отмечается в этот период стабилизация расходных коэффициентов основного сырья, материалов. Уровень расходных коэффициентов определяется в основном степенью внедрения технических мероприятий, направленных на улучшение показателей производства спирта. Наблюдалось снижение себестоимости этилового спирта против 1970 года. Выработка спирта в 1971 году на УЗСС достигла 174 тыс. т. В 1975 году Уфимский завод - первенец производства синтетического спирта прямой гидратацией - отметил 19 лет, в жизни человека - это период совершеннолетия, а производство за эти годы пройдя путь становления можно сказать получило статус зрелости. Так в эти годы было получено в общей сложности более 2 млн. тонн продукта, годовая выработка с 290 т в 1956 году доведена до 193026 т в 1975 году со средней производительностью реактора по спирту 2,16 т\час и коэффициентом использования систем гидратации 0,84. За последние 5 лет годовая выработка этилового спирта возросла на 30 тыс. т,, съем спирта реактора - на 8%, коэффициент использования систем гидратации - на 6%. Улучшение фонда использования оборудования завод добился за счет четкой организации оборудования, периодической замены теплообменных аппаратов (апп.7, 8, 13, 14, 16 на схеме 1). Для этого был организован специализированный участок по перепаковке и сборке теплообменной аппаратуры для цеха синтеза мощностью 50-60 аппаратов в год.
Реконструкция и модернизация узла ректификации этилового спирта
Структурных изменений в производстве синтетического этилового спирта в анализируемый период не произошло, По-прежнему синтетический этиловый спирт методом прямой гидратации этилена вырабатывался на четырех заводах: Уфимский завод синтетического спирта (УЗСС), Куйбышевский завод синтетического спирта (КЗСС), Грозненский химический завод (ГХЗ) и ПО "Нитрон" Не произошло серьезных изменений ни в аппаратном, ни технологическом оформлении процесса. Одновременно развивался процесс физического износа оборудования, повышались требования по технике безопасности и охране окружающей среды, поэтому существенного улучшения показателей за данные годы не произошло.
Динамика основных показателей работы цехов прямой гидратации этилена за 1976-80 годы на УЗСС представлена в таблицах 1. В период с 1976 по 1980 годы выработка этилового спирта на УЗСС осталась практически на уровне 193-194 тыс. т. В 1976 - 1980 годы рост объема производства объясняется только лучшим использованием оборудования во времени, снижение темпов роста обуслолено дефицитом этилена в отрасли. В 1977 году уменьшение выработки спирта произошло за счет увеличения длительности остановочного ремонта для выполнения работ по раскрытию контактного отделения цеха 2 очереди. 1975-1980 годы производительность реакторов на Уфимском заводе стабильно держится на уровне 2.17-2.19 т\час. Устойчивый рост производительности, который достиг в 1977 году максимальной отметки 2.189 т\час. обусловлен хорошим обеспечением цеха гидратации этиленом, высокой концентрацией этилена в циркулирующем газе и проведением организационно-технических мероприятий по модернизации и реконструкции производства этилового спирта. Производство этилового спирта испытывало периодически и трудности: так в 1976 году в процессе пуска испытывали трудности с пуском горизонтальной колонны N 56/ц - колонна заливалась из-за дефекта в перегородке, Падение производительности реакторов вызвано падением активности фосфорно-кислотного катализатора по причине низкого качества силикагеля Производительность реакторов в течение 1976 года составляла 2.18 т/час, кроме июля и августа месяцев , производительность реакторов в эти месяцы составляла 2.08 т\час. Снижение производительности в июле и августе объясняется ухудшением качества носителя, в частности, уменьшением его пористости , этот вывод подтверждается снижением кислотоемкости носителя. Для стабилизации качества носителя внести показатель пористости на носитель и ужесточить требования по окиси натрия. Лимитирующим фактором на УЗСС является низкое давление пара в цехе 1 очереди, из-за чего невозможно поднять давление в системах, увеличить циркуляцию и отношение воды к циркулирующему газу. Особо следует отметить, наличие значительного количества аммиака в подаваемой на гидратацию этиленовой фракции. Подача в цех аммиака 10 12 мг/мЗ приводит к дезактивации за пробег более 5% загруженного в реактор катализатора. Разовое попадание в реакторы более значительных количеств аммиака приводит к резкой необратимой посадке производительности. Источником аммиака может быть пиролизе сырье, аммиачная холодильная установка газоразделения. Необходимо отметить, что работу цеха гидратации на УЗСС в 1979 году осложнял некоторый недостаток этилена, вызванный неритмичной его подачей по этиленопроводу из Нижнекамска. В результате средняя концентрация этилена в циркулирующем газе в 1979 году снизилась до 89.9%, соответственно уменьшилась производительность реакторов. На УЗСС производительность реакторов в 1980 году осталась на уровне 1979 года, при этом она была самой высокой в отрасли. В среднем в году находилось в работе 10,85 реактора, т.е. использование было близко к предельному. Повышению производительности реакторов как и в предыдущем году препятствует недостаток этилена. В 1977-78 годах когда на УЗСС был избыток этилена и его концентрация в циркулирующем газе достигала уровня 94%, производительность реакторов устойчиво держалась на уровне 2.18-2.19 т/час. В 1979-80 годах резко сократилось поступление концентрированной этиленовой фракции из этиленопровода, средняя концентрация этилена понизилась до 89.8-90%, естественно, уменьшилась и производительность реакторов. Себестоимость этилового спирта во многом определяют цены на сырье, которые в структуре себестоимости занимают 48 - 63%, поэтому изменение себестоимости этилового спирта в 1976 - 80 годах связано с изменением цен на этилен и энергетику. Снижение себестоимости этилового спирта в 1977 году связанно с снижением себестоимости этилена. Повышение себестоимости спирта на УЗСС, начиная с 1978 года произошло за счет удорожания этилена, поступающего на гидратацию и некоторое изменение удельных расходов.
Утилизация газовых отдувок с колонн ректификации
В 1956 году было показано [27], что пористая структура алюмосиликатов и силикагелей в условиях процесса гидратации под влиянием высокого давления водяного пара и температуры 280-300 С быстро изменяется. В результате этих изменений через несколько часов работы удельная поверхность снижается до 2-3 м /г независимо от величины удельной поверхности исходного носителя, диаметры пор увеличиваются, при чем поры меньше 400 А исчезают вовсе.
Было показано [27], что в алюмосиликатных носителях как таблетированных, так и шариковых, после предварительной активации серной кислотой, остается еще значительное количество алюминия, который в дальнейшем в процессе гидратации реагирует с фосфорной кислотой с образованием фосфата алюминия. Эта реакция связывает стехиометрическое количество фосфорной кислоты, приводит к снижению активности и продолжительности работы катализатора, нанесенного на алюмосиликаты. При высоком содержании алюминия в алюмосиликате эта реакция приводит к затруднениям при регенерации катализатора и в некоторых случаях, для удаления фосфата алюминия оказывается необходимым применять промежуточную активацию носителя серной кислотой.
В 1957 году на УЗСС, получили дальнейшее развитие работы по изучению изменения химического состава катализатора в процессе гидратации и по регенерации катализатора [28, 29]. Окись алюминия, входящая в состав алюмосиликата, реагирует с фосфорной кислотой, обменноспособные ионы алюминия замещаются на водород, которые удалялись активацией серной кислотой. Оставшиеся в составе алюмосиликата, менее реакционноспособный алюминий реагирует с фосфорной кислотой при повышенных температурах. В условиях процесса гидратации реакция протекает с заметной скоростью. Кроме того, при недостаточной механической прочности при загрузке и выгрузке катализатора наблюдается сильное пылеотделение. В связи с этим было предположено, что применение силикагеля в качестве носителя целесообразнее, чем алюмосиликата. Силикагель также не остается инертным к фосфорной кислоте: при температуре реакции гидратации образуется кремнефосфаты, которые обладают высокой каталитической активностью вследствие гидролиза с выделением свободной фосфорной кислоты. Но в условиях реакции гидратации равновесие этой реакции , очевидно, таково, что образование кремнефосфатов остается на невысоком уровне. При длительной работе катализатора на силикагели с пятью промежуточными регенерациями содержание в катализаторе кремнефосфата остается практически на одном уровне. Количество фосфорной кислоты в составе кремнефосфатов колебалось около 2-3%. Все это дало возможность рекомендовать силикагель в качестве носителя катализатора, и в 1957 году на УЗСС был проведен опытный пробег на катализаторе, нанесенном на силикагель. Что дало возможность в 1960 году советским ученым Ваншейдт А.А., Шаховой Т.Е., начальнику производства Каменщику СМ., начальнику цеха гидратации Иванову О.С., Чернов А.А. и другие предложить новый катализатор для процесса прямой гидратации этилена. Как известно, эффективность катализаторов в производстве определяется сроком службы и среднечасовой производительностью (активностью) [30]. Оптимальный вариант проведения процесса предполагает продолжительный срок службы катализатора при высокой активности. Эти критерии почти всегда взаимосвязанные, и оптимальные условия приходится выбирать в каждом конкретном случае использования катализаторов [31]. В дальнейшем многолетняя практика промышленной эксплуатации фосфорно-кислотных катализаторов в процессе прямой гидратации этилена позволила установить несколько причин, вызывающих снижение активности катализатора: - уменьшение общего количества фосфорной кислоты в результате уноса ее с реактора, - сокращение поверхности носителя под действием водяного пара в период эксплуатации, связывание кислоты с носителем за счет химического превращения, - блокировка поверхности носителя образующимися полимерами. На рис. 1 представлены типичная кривая изменения активности фосфорно-кислотного катализатора во времени в условиях промышленной эксплуатации. Начальная - восходящая - ветвь характеризует работу катализатора через 150-175 часов, после уноса некоторой части кислоты и улучшения условий диффузии этилена, катализатор имеет максимальную производительность.
Далее изменение активности характеризуется медленным спадом. Небольшой наклон второй ветви кривой можно объяснить следующими особенностями эксплуатации катализатора. С одной стороны, унос кислоты в кинетическом режиме работы катализатора способствует снижению производительности катализатора, а увеличение температуры контактирования - возрастанию скорости реакции. Наложение этих факторов обуславливает пологость ветви кривой.
Третья фаза, при которой катализатор обычно уже не эксплуатируют, характеризуется резким спадом активности катализатора. Это говорит уже об отсутствии зон с оптимальной загрузкой пор: спад производительности связан с уменьшением количества кислоты в единице реакционного объема, потери которой возрастают с ростом температуры контактирования.
Время резкого спада активности катализатора обычно наступает к 450 часу его эксплуатации. Поэтому вопросы модернизации и создания новых катализаторов для синтеза этилового спирта методом прямой гидратации этилена являются актуальными.
