Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Аналитический обзор 7
1.1 Принципы и средства моделирования элементов ХТС 8
1.2 Методы анализа и оптимизации ХТС 16
1.3 Анализ существующих ХТС производства ксилолов 23
1.4 Описание ХТС производства ксилолов 27
1.5 Постановка задачи исследования 29
ГЛАВА 2 Оптимизация режимов работы установки суммарных ксилолов 30
2.1 Разработка моделей ректификационных колонн установки суммарных ксилолов 30
2.2 Обоснование и опытно-промышленная проверка возможности увеличения содержания ароматических углеводородов С8 в катализате риформинга 35
2.3 Моделирование содержания ароматических углеводородов Cs в катализате риформинга 43
2.4 Поиск оптимальных режимных параметров для установки суммарных ксилолов 48
2.5 Разработка алгоритма поддержки принятия решений по ведению технологического процесса получения фракции суммарных ксилолов 52
ГЛАВА 3 Параметрическая оптимизация установки по производству орто-и параксилола 56
3.1 Анализ схемы материальных потоков установки и определение возможных путей оптимизации ее работы 56
3.2 Оценка эффективности переработки дополнительно количества сырья за счет увеличения степени извлечения ортоксилола.. 65
3.3 Оценка эффективности переработки дополнительно количества сырья за счет увеличения степени извлечения параксилола 72
3.4 Оценка эффективности переработки дополнительно количества сырья за счет увеличения степени извлечения этилбензола в колонне К5 74
ГЛАВА 4 Структурная оптимизация хтс производства ксилолов 77
4.1 Обоснование возможности структурной оптимизации ХТС производства ксилолов 77
4.2 Разработка плана проведения активного эксперимента 82
4.3 Учет времени переходного процесса при проведении активного эксперимента 86
4.4 Поверочный расчет колонны ТЮЗ по паровым нагрузкам 89
4.5 Поверочный расчет колонны Кб по парожидкостным нагрузкам 94
4.6 Результаты активного эксперимента 98
Выводы 102
Условные обозначения 103
Список использованных источников 105
- Анализ существующих ХТС производства ксилолов
- Обоснование и опытно-промышленная проверка возможности увеличения содержания ароматических углеводородов С8 в катализате риформинга
- Оценка эффективности переработки дополнительно количества сырья за счет увеличения степени извлечения параксилола
- Учет времени переходного процесса при проведении активного эксперимента
Введение к работе
Актуальность проблемы
Промышленный комплекс по получению индивидуальных ксилолов представляет собой химико-технологическую систему (ХТС), состоящую из взаимосвязанных промышленных установок суммарных ксилолов, каталитического риформинга фракции 105-127С и получения орто- и параксилола.
Ежегодно в мире 77% суммарных ксилолов перерабатывается в параксилол, 13 – в ортоксилол, 7 – используется в качестве растворителя, 3% применяются для прочих целей. Выделение индивидуальных изомеров и последующая химическая переработка параксилола в терефталевую кислоту и диметилтерефталат составляет сырьевую базу пластмасс и синтетических волокон. Переработка ортоксилола во фталевый ангидрид обеспечивает сырьем производство пластификаторов и алкидных смол.
Спрос на ксилолы в мире вырос с 24млн.т в 2005 году до 32млн.т к 2010 году. Выпуск ксилолов в России стабилен и составил в 2010 году 514тыс.т, причем производство индивидуальных ксилолов является растущим сегментом рынка. Орто- и параксилол производятся тремя нефтеперерабатывающими заводами: Омским, «Уфанефтехимом» и Киришским, однако, мощности отечественных производителей не покрывают растущего спроса.
Увеличение выпуска ксилолов на существующем оборудовании может быть достигнуто путем повышения его производительности, рационального использования имеющихся ресурсов и оптимизации ХТС производства.
Целью диссертации является анализ и структурно-параметрическая оптимизация технологического комплекса производства ксилолов для определения путей более рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов и увеличения выработки товарной продукции.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать модель ХТС промышленного комплекса производства ксилолов;
исследовать основные закономерности функционирования блока установок по выделению суммарных ксилолов и по производству орто- и параксилола;
осуществить поиск оптимальных параметров работы комплекса производства ксилолов для увеличения выпуска товарных продуктов;
оценить возможность снижения удельных энергозатрат.
Объект исследования. ХТС производства ксилолов, представляющая собой совокупность взаимосвязанных промышленных установок суммарных ксилолов, каталитического риформинга фракции 105-127С и получения орто- и параксилола.
Научная новизна заключается в
разработке расчетной модели сложной ХТС производства ксилолов, предназначенной для проведения параметрических исследований и оптимизационных расчетов;
разработке алгоритма поддержки принятия решений по ведению технологического процесса производства ксилолов, функционально решающего две задачи: виртуального анализа и оптимизации;
создании программного комплекса, позволяющего прогнозировать качество риформированной целевой фракции 105-127С и рассчитывать оптимальные режимные параметры технологического процесса получения ксилолов.
Практическая значимость
разработан многофункциональный программный комплекс, позволяющий прогнозировать содержание ароматических углеводородов С8 в катализате риформинга и определять оптимальные параметры ведения процесса получения товарных ксилолов;
по результатам математического моделирования установлена и в ходе опытно-промышленных проверок подтверждена возможность увеличения выработки индивидуальных ксилолов на 8% за счет согласованного изменения режимов работы установок суммарных ксилолов и производства орто- и параксилола;
предложены и верифицированы на действующем предприятии мероприятия по структурному изменению схемы ХТС производства ксилолов, позволяющие снизить энергозатраты на 19,3ГДж/ч.
Достоверность основных сформулированных научных положений и выводов подтверждена корректным использованием методов математического моделирования и оптимизации ХТС, методов обработки экспериментальных данных и верификацией результатов расчета на действующих промышленных установках.
Апробация
Основные результаты докладывались на международных научных конференциях: Математические методы в технике и технологиях (г.Саратов, 2008, г.Иваново, 2009, г.Саратов, 2010, г.Пенза, 2011), Менделеевской конференции (Москва, 2009), Современные проблемы катализа и нефтепереработки (Москва, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 129 страницах, список литературы включает 99 наименований.
Анализ существующих ХТС производства ксилолов
Несмотря на большое разнообразие ХТС по структуре, функционированию и другим признакам, задачи, возникающие при исследовании, создании и управлении ими имеют много общего, что позволяет сделать некоторые обобщения. Среди разнообразных математических задач, связанных с совершенствованием существующих ХТС, в литературных источниках [42-44] особо выделяют задачи анализа и оптимизации.
Задача анализа ХТС состоит в том, чтобы исследовать ее не в исходной трудно обозримой сложности, а выделить в ней подсистемы и их взаимосвязи, которые легче поддаются изучению и моделированию. В большинстве авторитетных источников приводится следующая последовательность анализа ХТС [45-48]: определение главных и сильно связанных между собой элементов, образующих подсистемы; проведение декомпозиции по слабым связям в рассматриваемом объекте; применение многоуровневой иерархии; определение главных и значимых потоков и переменных системы и подсистем; составление балансов для систем и подсистем; использование упрощенных типовых моделей элементов системы; моделирование элементов (включая экспериментальные исследования); проверка адекватности моделей; анализ структуры ХТС; расчет системы в целом (с применением моделирующих программ для расчета ХТС); исследование свойств ХТС (чувствительности, динамики, надежности, устойчивости, управляемости и т. д.); оценка эффективности функционирования исследуемой ХТС; оценка степени использования сырья и энергии (расчет различных кпд и теоретических расходных коэффициентов), надежности, приведенных затрат и таких экономических показателей, как себестоимость, приведенный доход и т. Д-; выявление резервов повышения эффективности данной системы и путей их реализации. Пути реализации зависят от особенностей конкретной ХТС. Главными из них являются [49]: 1. оптимальное управление ХТС; 2. интенсификация процессов в элементах, представляющих собой «узкие места» производства. Методы интенсификации выбирают с учетом конкретного элемента; например, целесообразно создание оптимального температурного профиля в трубчатом реакторе, использование более активного и селективного катализатора, применение более эффективных насадок в массообменных процессах и т. д. 3. реконструкция ХТС. Она связана с заменой элементов или подсистем, возможно, с изменением структуры ХТС.
Оптимизация ХТС
Современное химико-технологическое производство представляет собой систему взаимосвязанных аппаратов. Оптимизация отдельных аппаратов без учета их связей с остальными аппаратами может привести к неоптимальной работе всей ХТС. Отсюда возникает задача оптимизации всей системы в целом, в которой учитывается взаимное влияние аппаратов.
При постановке задачи оптимизации необходимо сформулировать математическую модель системы, критерий оптимизации и ограничения на переменные [50]. В общем случае задачу оптимизации в алгебраической форме представляют в следующем виде [43-47]: f /(x,s) = о mini = Q(x,s)npuусловиях: \ p(x,s) 0 (1.9) [xEX, 5Є{0;1} где Q(x,s) — целевая функция; f(x,s) = 0 — уравнения, описывающие функционирование системы (материальный баланс, производительность), а (p(х,s) о — неравенства, определяющие дополнительные условия или ограничения на разрешенные планы производства, расписания и т. п.
Переменные векторы х являются непрерывными и, как правило, соответствуют переменным состояния. Переменные s дискретны; как правило, на них налагается дополнительное ограничение принадлежности к множеству (0; 1]. Задача является нелинейной, если хотя бы одна из функций, входящих в ее описание, нелинейна. ХТС описывается системой уравнений, которую принято называть математической моделью ХТС: f{x) = о (1.10) где / = (fi,...,fm)i х = (x1)x2l...,xn) — вектор параметров, куда входят параметры входных, промежуточных и выходных потоков ХТС и конструктивно-технологические параметры аппаратов ХТС.
Разность между числом параметров п и числом уравнений m называется степенью свободы математической модели ХТС: 1 = п-т (1.11) Необходимое условие для постановки задачи оптимизации — положительность значения /; / всегда должно быть больше нуля, т. е. необходимо располагать некоторыми свободными параметрами, чтобы повлиять на качество функционирования ХТС. Следующим шагом при постановке задачи оптимизации является выбор I независимых свободных параметров оптимизации из всех п параметров. Оставшиеся т. параметров называются зависимыми параметрами состояния. Таким образом, математическая модель ХТС имеет вид: f(x,u) = о (1.12) где и - вектор параметров оптимизации. Критерий оптимизации После выбора параметров оптимизации необходимо сформулировать критерий оптимизации, который оценивает степень приспособления ХТС к выполнению поставленных перед ней задач. Критерий оптимизации — это числовая функциональная характеристика системы, отражающая качество работы ХТС [38].
Обоснование и опытно-промышленная проверка возможности увеличения содержания ароматических углеводородов С8 в катализате риформинга
Согласно результатам анализа экспериментальных данных по эксплуатации комплекса получения ксилолов, полученных на промышленной установке, при неизменной загрузке и фиксированной выработке целевой фракции 105-127С вариации содержания ароматических углеводородов С8 в катализате риформинга достигают ±5-6%масс. (что эквивалентно изменению выработки суммарных ксилолов на ±1,5т/ч, рис. 2.3). При условии стабильной работы установки каталитического риформинга основная причина этого явления - колебание количества ксилолообразующих компонентов в целевой фракции 105-127С.
Зависимость содержания ароматических углеводородов Св в стабильном катализате риформинга от расхода целевой фракции при различных загрузках установки Загрузка установки, плановое задание на выпуск целевой фракции и режимы работы колонн К 1-Ю определяют содержание ксилолообразующих компонентов в целевой фракции 105-127С. Состав этого потока в сочетании с параметрами его риформирования (температуры на входах в реакторы, расход вСГ и т.д.) обуславливает количество ароматических углеводородов Св в катализате риформинга, а, соответственно, и выход фракции суммарных ксилолов при стабильном режиме работы колонн К5-К6.
Очевидно, что увеличение выпуска суммарных ксилолов принципиально возможно за счет роста загрузки установки, планового задания на выпуск целевой фракции 105-127С или за счет более полного вовлечения ксилолообразующих компонентов в целевую фракцию 105-127С.
В работе рассмотрена возможность увеличения выработки товарной продукции за счет повышения содержания ксилолообразующих компонентов в целевой фракции. Поскольку в штатном режиме работы установки не осуществляется лабораторный контроль по составу целевой фракции (содержанию ксилолообразующих компонентов), то для проведения исследований в качестве основного показателя эффективности ведения технологического процесса принято содержание ароматических углеводородов Св в стабильном катализате риформинга.
Согласно данным лабораторного контроля в кубовом продукте колонны КЗ в момент проведения диссертационного исследования содержалось порядка 0,7-1,5%масс. нафтеновых углвеводородов Св и 1,5-3%масс. н-октана, что при расходе этого потока порядка 80т/ч составило достаточный потенциал для увеличения содержания ксилолообразующих компонентов в целевой фракции на 1,8-3,6т/ч.
Для оценки степени ароматизации нафтеновых углеводородов Са и н-октана были проанализированы лабораторные данные по углеводородным составам потоков реакторного блока установки каталитического риформинга. Селективность образования ароматических углеводородов Св из нафтенов и н-октана была оценена значениями 74 и 37% соответственно, а достижимое увеличение содержания ароматических углеводородов Сз в катализате - порядка 2т/ч.
Корреляция лабораторных данных по содержанию ароматических углеводородов Се и толуола в стабильном катализате риформинга (коэффициент корреляции 0,91, рис. 2.4) подтвердила гипотезу о необходимости утяжеления состава целевой фракции 105-127С. При этом снижаются потери ксилолообразующих компонентов (нафтенов Св и н-октана) с кубовым продуктом КЗ за счет исключения парафинов и нафтенов С7 из состава целевой фракции. В этом случае компоненты С7 (толуолобразующие) попадают во фракцию 85-1-80С без 105-127С, которая используется для приготовления высокооктанового бензина марок АИ-92,95. Это является дополнительным преимуществом, поскольку в штатном режиме работы ароматические углеводороды С7, содержащиеся в стабильном катализате риформинга, в качестве дистиллята колонны К5 идут на приготовление низкооктанового бензина марки АИ-80.
Модельные расчеты, выполненные в Aspen Hysys, показали, что для такого изменения состава целевой фракции 105-127С (минимальное вовлечение толуола и толуолобразующих компонентов С7 и максимальный отбор нафтенов С8 и н-октана) необходимо изменить следующие параметры работы блока колонн К1-КЗ относительно штатного режима: увеличить отбор дистиллята колонны К1 на 2-Зм /ч; такое изменение соотносится с экспериментальными данными по содержанию нафтенов Св и н-октана в кубовом продукте колонны КЗ (1,8-3,6т/ч). При этом необходимо поддерживать расход орошения в колонне К1 на уровне штатного режима для обеспечения достаточной четкости деления между компонентами С7 и С8. орошение в колонне К2 поддерживать на уровне 190м /ч; орошение в колонне КЗ поддерживать на уровне 170м /ч.
Увеличение расхода орошений в колоннах К2, КЗ необходимо для обеспечения четкого деления между углеводородами Св (нафтеновые углеводороды и н-октан) и этилциклогексаном во избежание роста расхода рецикла на установке по производству орто- и параксилола (за счет увеличения образования этилбензола), что приводит к снижению выхода товарных продуктов комплекса производства ксилолов. Предложения по коррекции режимов работы ректификационных колонн К1-КЗ были проверены на установке суммарных ксилолов в период с 12.11 по 02.12.2008 в два этапа.
Оценка эффективности переработки дополнительно количества сырья за счет увеличения степени извлечения параксилола
В состав установки по производству орто- и параксилола входят блоки фракционирования, кристаллизации и изомеризации (рис. 3.1), а загрузка установки лимитируется производительностью центрифуг блока кристаллизации (в штатном режиме она составляет порядка 19,3-19,5т/ч при регламентном ограничении 19,8т/ч). Соответственно, возможность увеличения выпуска товарной продукции может быть оценена по этому показателю. фр. 85-180С без 105-127С доксилольная фр. фр. высшей ароматики С9. прямогонная бензиновая фр. 85-180С Блок выделения целевой фр.105-127С Блок выделения фр. суммарных ксилолов (фр. суммарных ксилолов Фракционирование о-ксилол целевая фр. 105-127С Риформинг фр. 105-127С риформат фр. 105-127С Кристаллизация Изомеризация п-ксилол Установка по выделению фракции суммарных ксилолов фр. легкой ароматики Установка по производству орто- и параксилола Блок-схема комплекса производства ксилолов при расчете установки все компоненты, входящие в состав потоков установки, условно разделены на две группы: целевые, к которым относятся ароматические углеводороды Cg (за исключением этилбензола, поскольку он преимущественно конвертируется в компоненты легкой ароматики и фракции высшей ароматики С9+) и нецелевые, включающие все остальные компоненты потоков.
При рассмотрении схемы производства по целевым компонентам (рис. 3.2) считали, что: распределение ксилолов в стабильном изомеризате постоянно (табл.3.1): ортоксилола 0,23, параксилола 0,23 и метаксилола 0,54, что соответствует их равновесному соотношению; незначительная часть ксилолов (порядка 1,5% масс, в расчете на расход рециркулирующих ксилолов) теряется в процессе изомеризации за счет побочных реакций (табл. 3.2). Условие материального баланса по целевым компонентам (рис. 3.2) выражается соотношением: 5 = к0{а{аг + 0,235) + Р(а2 + 0,235) + (а3 + 0,545)) (3.1) где %, Я2,а3 - расход целевого компонента в потоке сырья установки (ортоксилол, параксилол и метаксилол соответственно) , т/ч; х1г х2, х3 - расход целевого компонента в потоке изомеризата, т/ч; (1-а) - степень извлечения ортоксилола; (1 — /?) - степень извлечения параксилола; 5 - расход целевых компонентов, поступающих на изомеризацию, т/ч; 5 - расход изомеризата (целевые компоненты), т/ч; к0 = 0,985 - коэффициент, учитывающий потери целевых компонентов в процессе изомеризации. Откуда При рассмотрении схемы производства товарных ксилолов по нецелевым компонентам (рис. 3.3) были приняты следующие допущения: в качестве нецелевых компонентов рассмотрены все компоненты, входящие в состав потоков установки, за исключением орто-, пара- и метаксилола, а именно: этилбензол, толуол, ароматические углеводороды С9+, неароматические углеводороды; на блоке ректификации рассматриваемой установки получают в среднем 1,2т/ч фракции высшей ароматики С9+ (табл. 3.5), поэтому этот расходный показатель исключен из потока изомеризата при выполнении расчетов; на блоке изомеризации в среднем получают 2,4т/ч фракции легкой ароматики (табл. 3.5); в результате побочных реакций в процессе изомеризации из целевых компонентов (параксилол, ортоксилол, метаксилол) образуется порядка 0,5т/ч (1,5%масс. целевых компонентов сырья блока изомеризации) нецелевых компонентов [64].
Среднее значение, т/ч 1,2 2,4 в расчет введен коэффициент у - отношение количества нецелевых компонентов в стабильном изомеризате (с учетом 1,2т/ч фракции высшей ароматики С9+, выводящейся с установки) к количеству нецелевых компонентов в сырье изомеризации. Он характеризует эффективность процесса стабилизации на блоке изомеризации. В штатном режиме работы установки у составляет 0,84 (расчет представлен в таблице 3.6).
Содержание нецелевых компонентов в сырье кристаллизации, %масс. 29,84 Количество нецелевых компонентов в сырье секции кристаллизации, т/ч 19,75 Загрузка секции фракционирования (стабильный изомеризат), т/ч 56,2 Содержание целевых компонентов в стабильном изомеризате, %масс.: параксилол 15,81 метаксилол 36,97 ортоксилол 15,47 Содержание нецелевых компонентов в стабильном изомеризате, %масс. 31,75 Количество нецелевых компонентов в стабильном изомеризате, т/ч 17,84 Количество фракции высшей ароматики С9+ , т/ч 1,2 Продолжение таблицы 3. Количество нецелевых компонентов в изомеризате с учетом выхода фракции высшей ароматики С9+, т/ч 16,64 Коэффициент 7 0, R2 2,4т/ч Л АР Свежее сырье 34 . 04 + Х4 V ——ні Х4 Кристаллизация фо. R2 і 1,2т/ч ! ТАР Изомеризация 0,оі/ч(от целевых компонентов)Х4=у(Р2+0,5)+;1,2_ Н4 - расход нецелевых компонентов в сырье установки; х4 - расход нецелевых компонентов в потоке изомеризата; у - коэффициент; R2 - загрузка блока кристаллизации по нецелевым компонентам Рисунок 3.3 - Укрупненная блок-схема материальных потоков процесса получения орто- и параксилола по нецелевым компонентам Условие материального баланса по нецелевым компонентам выражается соотношением: R2= а4 + х4- 1,2 = а4 + y(R2 + 0,5) где R2 загрузка блока кристаллизации по нецелевым компонентам, т/ч; Н4 - расход нецелевых компонентов в сырье установки, т/ч; х4 - расход нецелевых компонентов в потоке изомеризата, т/ч; у - коэффициент.
Учет времени переходного процесса при проведении активного эксперимента
В рамках п.4.2 для экономичной работы комплекса получения ксилолов до момента реконструкции (демонтажа колонны Кб) было предложено снижение расхода орошения до минимально возможного уровня. Минимальное регламентированное орошение - 40 м7ч, однако, это связано с необходимостью четкого деления ортоксилола и кумола. Поскольку в предложенном режиме разделение происходит между высококипящими компонентами фракции высшей ароматики С9+, то необходимость в столь четком делении отсутствует, следовательно, представляется возможным дальнейшее снижение расхода орошения. С учетом регламентных ограничений было выбрано орошение 25м /ч. Для этого режима проведен поверочный расчет колонны Кб на минимально допустимые паровые и жидкостные нагрузки.
Проверка колонны Кб по минимальным паровым и жидкостным нагрузкам проводилась по методикам [98, 99] и включала в себя определение рабочей и допустимой скоростей пара и жидкости в колонне. Для расчета использовались конструктивные параметры оборудования (табл. 4.7), свойства и расходы потоков пара и жидкости, полученные по модели Aspen Hysys.
При скорости пара меньшей минимально допустимой тарелка работает неравномерно: часть клапанов может не приподниматься, а также возможен провал жидкости через отверстия тарелки. Таким образом, скорость пара в свободном сечении тарелки wk, определяемая равенством:
При недостаточном расходе жидкости в колонне тарелки недогружены, т.е. существует опасность возникновения пульсирующего потока пара. Для стабильной работы оборудования необходимо выполнение следующего условия: Qmin Сраб (4.9) где Qpa6 объемная нагрузка по жидкости, м /ч; Qmin минимальная нагрузка по жидкости, м3/ч. Минимальная нагрузка по жидкости рассчитывается по соотношению: Qтin = Ltn-B (4.10) rmin м2/ч; для клапанных где Ly - минимальная удельная нагрузка по жидкости, тарелок ЦП = 10м2/ч; В - периметр слива, м. Расходы и физические свойства жидкости и пара по колонне, необходимые для расчета, представлены в таблице 4.8. Расчет показан для нескольких тарелок в отгонной, концентрационной частей и секции питания. Данные для всех тарелок колонны приведены в Приложении Г.
Как видно из таблицы 4.9, условия (4.7) и (4.9) выполняются, при этом минимальный запас по паровым и жидкостным нагрузкам составляет 69,13% и 0,50% соответственно. Таким образом, установлено, что при снижении расхода орошения до 25м3/ч колонна Кб будет работать устойчиво. 4.6 Результаты активного эксперимента
С 19.12.2007г. по 09.02.2008г. были выполнены испытания для оценки возможности исключения колонны Кб из технологической схемы получения ксилолов. Эксперимент проводился в два этапа:
Первый этап активного эксперимента проводился в период с 21.с2 по 26.12. Отбор дистиллята колонны Кб был увеличен на 350кг/ч. В этот период температура на контрольной тарелке №10 выросла незначительно: со 167 до 175С (рис. 4.15). При этом содержание компонентов фракции высшей ароматики С9+ в дистилляте колонны Кб не увеличилось согласно показаниям температуры на контрольной тарелке №10. Этот факт позволил сделать предварительный вывод о незначительном содержании кумола в питании колонны Кб. Поэтому в период с 26.12 по 09.01 температура на контрольной тарелке №10 тарелке была увеличена до уровня 190С (рис. 4.15). Такое увеличение температуры в отгонной части колонны привело к росту температуры на контрольной тарелке №34 за счет повышения содержания пропилбензола и более тяжелых компонентов фракции С9+ в дистилляте Кб. В этот период не наблюдалояь сколько-нибудь существенных изменений качества товарного ортоксилола (рис. 4.16), поэтому по итогам первого этапа проведения эксперимента сделан вывод о незначительном содержании кумола в питании Кб.
2. Второй этап активного эксперимента проведен в дениод с 09.01 по 09.020 Работа по этому этапу заключалась в объединении потоков дистиллята и кубового продукта колонны Кб, а также постепенном смягчении режима работы для экономии энергоресурсов. Верхний и нижний отборы направлялись в один резервуар, а затем подавались в качестве еырья на установку по производству орто- и параксилола, тем самым имитировалась работа комплекса производства ксилолов без колонны К. 6 В этом режиме стала возможной работа колонны при минимальном орошении.
При этом режим работы колонны Кб изменился следующим образом: - температура на контрольной тарелке №10 снизилась со 190 до 161С; - расход орошения уменьшился с 47 до 33м /ч. Режим работы колонны Т103 также был изменен: - увеличился выход фракции высшей ароматики С9+ с 1 до 2-2,5т/ч; - увеличился расход орошения с 21 до 23т/ч.
Качество ортоксилола при этом осталось на прежнем уровне (рисунок 4.16). По результатам активного эксперимента была подтверждена возможность исключения колонны Кб из технологической схемы производства индивидуальных ксилолов, поскольку качество товарного ортоксилола не изменилось с ростом содержания компонентов высшей ароматики С9+ в питании колонны ТЮЗ.
Также необходимо отметить, что при объединении потоков дистиллята и кубового продукта колонны Кб снизились потери ортоксилола с фракцией высшей ароматики С9+.
Исключение колонны Кб из технологической схемы и значительное снижение расхода орошения (до 25м3/ч) позволяет существенно снизить потребление первичных энергоресурсов (табл. 4.10).
В рамках 4 главы были получены следующие результаты: проведена оценка возможности исключения колонны Кб из технологической схемы комплекса производства ксилолов, в результате которой предложена схема проведения активного эксперимента; выполнен поверочный расчет колонны ТЮЗ по максимальным паровым нагрузкам в связи с увеличением ее загрузки. При этом запас составил порядка 26,24 %, что свидетельствует об устойчивой работе колонны; выполнен поверочный расчет колонны Кб по минимальным паровым и жидкостным нагрузкам в связи со снижением расхода орошения ниже регламентного ограничения (до 25м3/ч). Запас по паровым нагрузкам при этом составил 69,13%. Расход орошения лимитируется нагрузкой по жидкости (величина запаса составляет 0,50%), поэтому дальнейшее снижение не представляется возможным; в рамках проведенного активного эксперимента подтверждена целесообразность модификации промышленного комплекса производства ксилолов за счет исключения колонны Кб из технологической схемы. Показано, что предложенное техническое решение позволяет снизить энергозатраты производства на 19,ЗГДж/ч и практически полностью компенсировать рост потребления энергетических ресурсов, связанный с реализацией предложенных решений по увеличению выработки товарной продукции. До момента изменения структуры технологической схемы предложено поддерживать расход орошения В колонне Кб на уровне 25мл/ч, что позволяет снизить энергопотребление на 11,93ГДж/ч.
