Тема: Совмещение как метод улучшения технологии
План:
1. Совмещение как метод улучшения технологии
2. Классификация совмещенных производств, примеры непрерывных совмещенных реакторно-массообменных процессов и производств
3. Специфика сырьевого обеспечения производств нефтехимического синтеза
4. Крупнотоннажные производства нефтехимического синтеза
Совмещение как метод улучшения технологии
В промышленности основного органического и нефтехимического синтеза непрерывную технологию разрабатывают таким образом, чтобы каждый процесс и каждая операция (реакция, разделение, передача тепла и т. д.) осуществлялись в отдельных аппаратах. Однако с целью создания более экономичной технологии, а также технологии безотходных производств очень часто выгодно проводить несколько процессов в одном аппарате.
Совмещать можно реакционные процессы с массообменными, несколько массообменных процессов, несколько реакционных процессов (например, в одном реакторе проводить несколько реакций, направленных на получение целевого продукта, несколько последовательных реакций) и т. д. Такое совмещение позволяет более полно использовать сырье, получать целевые продукты с меньшими энергетическими и капитальными затратами.
Ø Совмещение химических реакций. В ряде производств органического
синтеза в одном аппарате проводят несколько реакций. Так, можно совмещать две реакции, одна из которых является экзотермической, а другая – эндотермической. В этом случае режим процесса в целом может оказаться адиабатическим, и степень приближения его к адиабатическому зависит от теплоты каждой из реакций. Особенно удобно совмещать реакции, когда производительность по каждой их них можно изменять. Тогда, изменяя производительность по одной из реакций, относительно легко достигнуть адиабатического режима. При этом не только сокращаются энергетические затраты, но и повышается конверсия реагентов. Примером такого совмещения реакций может служить окислительное дегидрирование углеводородов при получении бутадиена-1,3, стирола и 
-метилстирола.
Совмещать несколько реакций в одном аппарате можно также, когда скорость протекания первой реакции зависит от скорости протекания второй, а скорость протекания второй – от скорости протекания третьей и т. д. Характерным примером одновременного проведения трех реакций в одном аппарате может служить процесс получения ацетальдегида и винилацетата на палладиевом катализаторе. Однако такое совмещение имеет недостатки:
ü трудно подобрать условия, которые были бы оптимальными для всех реакций;
ü некоторые их них будут протекать в неоптимальных условиях.
Поэтому предпочтительнее процесс проводить при наилучших условиях для лимитирующей реакции. Иногда целесообразно проводить эти реакции в отдельных аппаратах. Это определяется, с одной стороны, эффективностью работы всего технологического комплекса, а с другой стороны, косвенными показателями (техникой безопасности, экологией и т.д.).
Очень часто приходится сталкиваться с нежелательными самопроизвольными совмещениями нескольких реакций, когда наряду с основной реакцией протекают побочные реакции. Характерным примером этого может служить производство этилбензола алкилированием бензола. В этом случае условия проведения процесса и катализатор подбирают так, чтобы преимущественно протекала основная реакция.
Ø Совмещение массообменных процессов. Разделение
многокомпонентных смесей можно проводить в последовательно соединенных аппаратах и различных комплексах. Однако можно также объединить несколько массообменных процессов в одном аппарате. При этом сокращаются капитальные затраты, энергетические затраты и затраты на управление.
Например, для разделения газов пиролиза используют абсорбционно-ректификационные и конденсационно-ректификационные методы, основное различие которых заключается в стадии деметанизации. При абсорбционно-ректификационном методе деметанизацию осуществляют абсорбцией при Р = 3,5-4,0 МПа и t = 30-400С с использованием пропанового и аммиачного холодильных циклов. При конденсационно-ректификационном методе применяют глубокое охлаждение до -1000С.
Сравнение этих методов показывает, что конденсационно-ректификационный метод по энергетическим показателям предпочтителен, однако абсорбционно-ректификационный метод более удобен в эксплуатации, проще в аппаратурном оформлении и требует меньшего расхода электроэнергии. К достоинствам конденсационно-ректификационного метода следует отнести возможность получения высококонцентрированных углеводородных фракций при высокой степени их извлечения. В связи с этим при необходимости получения этановой и этиленовой фракций чистотой 99,0 и 99,9% используют конденсационно-ректификационный метод, а при меньшей требуемой чистоте – абсорбционно-ректификационный метод.
Однако такое совмещение пока используют только при разделении углеводородных фракций, т.е. при получении сырья для основного органического и нефтехимического синтеза, да и то только на стадии деметанизации.
При разделении продуктов органического и нефтехимического синтеза совмещение нескольких методов разделения в одном аппарате используют при организации экстрактивной, автоэкстрактивной ректификации и азеотропно-экстрактивной ректификации.
Например, при разделении азеотропных и зеотропных смесей, содержащих компоненты с относительными летучестями, близкими к единице, применяют экстрактивную или автоэкстрактивную ректификацию без подачи флегмы, но при предварительном захолаживании экстрактивного агента. В верхней части колонны протекают процессы парциальной конденсации и экстракции, а на тарелках или в жидкой фазе в насадочных колоннах – процесс экстракции (при разделении расслаивающихся смесей). В нижней части колонны наряду с этими процессами протекает процесс ректификации.
Таким образом, в одной колонне совмещены несколько массообменных процессов.
Ø Совмещение химических реакций с массообменными процессами.
Совмещенные реакционно-массообменные процессы широко используются в производствах основного органического и нефтехимического синтеза. К их числу можно отнести реакционно-ректификационные процессы (когда в одном аппарате протекают реакции и ректификация); реакционно-экстракционные процессы (когда в одном аппарате протекают реакции и процесс экстракции), процессы, в которых совмещаются несколько реакций и разделение через мембраны (при этом мембраны устанавливаются в реакторе) и др.