Установка пиролиза пропан-бутановой фракции, производительностью 450 000 т/г этилена

ВВЕДЕНИЕ
В сырьевой базе отечественной и мировой нефтехимии ведущую роль играют низшие алкены – этилен и пропилен, которые используются в качестве сырья для получения полиэтилена, полипропилена, фенола, ацетона, спиртов, лаков, растворителей и других продуктов целевого применения в разных отраслях народного хозяйства, а также промежуточных продуктов для синтеза других веществ. Процессы термического пиролиза с «водяным паром» в трубчатых печах являются основными источниками получения низкомолекулярных алкенов, в частности, этилена.
Несмотря на проводившиеся в течение последних пятидесяти лет мероприятия, способствовавшие увеличению эффективности термического пиролиза, данный способ до сих пор характеризуется большим энергопотреблением, недостаточно высоким выходом целевых продуктов, широким спектром побочных продуктов, причём возможности дальнейшего улучшения основных показателей практически исчерпаны. В связи с этим, перспективным направлением совершенствования процесса получения низших алкенов является каталитический пиролиз алканов С3-С4, позволяющий снизить температуру и увеличить селективность процесса.
Актуальность темы данной дипломной работы состоит в том, что ввиду постоянно возрастающий потребности в легких ненасыщенных углеводородах химической и иных отраслей промышленности, разработка и проектирование новых предприятий по производству этилена и пропилена пиролитическим, как наиболее простым и дешевым методом, является важной задачей.
Цель данной работы - проектирование предприятия по производству этилена пиролитическим разложением пропан-бутановой фракции.
Основными задачами, выделяемыми в рамках данной цели, являются:
• Рассмотрение теоретических основ пиролиза углеводородов,
• Описание и обоснование технологической схемы установки;
• Проведение технологических и технико-экономических расчетов.

ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Характеристика процесса и используемого сырья 6
1.2 Теоретические основы пиролиза 10
1.2.1 Основы производства низших олефинов 10
1.2.2 Образование свободных радикалов 11
1.2.3 Термическое разложение алканов 13
1.2.4 Образование и отложение кокса 15
1.3 Термодинамические параметры процесса пиролиза углеводородов 16
1.3.1 Теплота реакции 16
1.3.2 Свободная энергия реакции 21
1.4 Высокотемпературный пиролиз алканов 22
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 26
2.1 Выбор и обоснование аппаратурного оформления технологической схемы установки 26
2.2 Технологическая схема производства 34
2.2.1 Объект пиролиза 34
2.2.2 Объект газоразделения 43
Ёмкость-сборник парового конденсата 48
2.3 Лабораторный контроль производства 49
3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 59
3.1 Исходные показатели проекта 59
3.2 Характеристика сырья, продуктов и применяемых реагентов 59
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 62
4.1 Расчёт печи пиролиза 62
4.1.1 Материальный баланс печи пиролиза 62
4.1.2 Материальный баланс печи с учётом водяного пара 63
4.1.3 Расчёт процесса горения топлива 64
4.1.4 Тепловая нагрузка печи 67
4.1.5 КПД печи. Расход топлива 71
4.1.6 Поверхность нагрева реакционного змеевика (экранных труб) 71
4.1.7 Время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике 72
4.1.8 Потери напора в реакционном (радиантном) змеевике печи 75
4.1.9 Расчёт конвекционной поверхности 77
4.2 Расчёт закалочно-испарительного аппарата (ЗИА) 81
4.2.1 Тепловой баланс ЗИА 81
4.2.2 Поверхность теплообмена 82
4.3 Расчёт закалочного устройства (ЗУ-1) 83
5 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ 86
5.1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования 86
5.1.1 Поддержание постоянного уровня 87
5.1.2 Регулирование расхода 88
5.1.3 Поддержание температуры 88
5.1.4 Поддержание давления 89
5.2 Выбор средств контроля и регулирования 89
5.2.1 Первичные преобразователи 90
5.3 Описание схемы автоматического контроля и регулирования 92
5.4 Регулирование процесса с помощью ЭВМ 96
6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 98
6.1 Характеристика производственной среды и анализ опасностей и производственных вредностей 98
6.2 Пожаро- и взрывоопасность объекта 106
6.3 Взрывопожароопасные, токсичные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства 107
6.4 Мероприятия по обеспечению безопасности труда 108
6.4.1 Мероприятия по безопасному ведению техпроцесса 108
6.4.2 Мероприятия по обеспечению безопасности производства 109
6.4.3 Способы и необходимые средства пожаротушения (ИПБ 166-97) 111
6.4.4 Защита работающих от производственных опасностей 112
6.4.5 Средства индивидуальной защиты работающих 114
6.4.6 Электробезопасность 115
6.4.7 Защита от статического электричества 116
6.4.8 Молниезащита 117
6.4.9 Освещение 117
6.5 Анализ надежности защиты работников в ЧС 118
6.6 Мероприятия по охране окружающей природной среды 119
7 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 122
7.1 Расчёт производственной мощности 122
7.2 Расчёт численности обслуживающего персонала 123
7.3 Расчёт фонда заработной платы 124
7.4 Калькуляция себестоимости продукции 127
7.5 Расчёт экономической эффективности 128
7.6 Основные технико-экономические показатели 129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 131

В результате проведённой работы была рассчитана установка для получения этилена посредством пиролиза пропан-бутановой фракции.
Основным элементом установки является пиролизная печь четырёхпоточная, градиентного типа, с газовыми ижекционно-радиационными горелками, предназначенная для пиролиза различных видов сырья. Данных печей по результатам расчетов к установке предполагается не менее пяти штук мощностью по парощазовой смеси сырья порядка 50 т/ч.
В данном проекте был рассмотрен пиролиз широкой фракции углеводородов. Расчёт произведён при максимальной нагрузке печи по сырью – 32,855 т/ч с разбавлением сырья водяным паром в количестве 50% масс. от сырья.
В результате расчёта определены следующие параметры и показатели печи: поверхность радиации 405,456 м2; поверхность конвекции 2000 м2; время пребывания смеси в реакционном змеевике 1,094 с; расход топлива (метано-водородной фракции) 6644,92 кг/ч; количество труб радиации 11 шт. в одном потоке; общее количество труб конвекции 468 шт.
Трубы в камере конвекции расположены в шахматном порядке горизонтально. Трубы в камере радиации расположены в один ряд вертикально. Температура на выходе из камеры конвекции 600 С, из камеры радиации 840 С. Давление на входе в печь 5 кг/см2, на выходе из печи 1,3 кг/см2. Количество радиантного тепла печи 143430 кВт. Количество конвекционного тепла печи 82661,8 кВт.
Общая прибыль предприятия без учета капитальных затрат составляет 5240,1 млн. руб. / год без учета капитальных затрат, а рентабельность продукции – 40%.

1. Автоматические средства пожаротушения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ogps7.ru/article-256.html
2. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. – Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.
3. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчёт и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Недра, 1965. – с.242-245.
4. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. Часть 2. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2009. - 415 с.
5. Башхиян Ц.А. Трубчатые печи с излучающими стенками топки. – М.: ГОСИНТИ, 1960. – 192 с.
6. Вагафчик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М., 1963. – 708 с.
7. Введенский А.А. Термодинамические расчёты нефтехимических процессов. – Л.: Гостоптехиздат, 1960. – 576 с.
8. Вредные вещества в промышленности. Т. 1,2,3. Под ред. Н. В. Лазарева. М.: - Химия, 1976,1977.
9. Глаголева О.Ф., Капустин В.М. Технология переработки нефти. Часть 1. Первичная переработка нефти. - М.: Химия, 2007. - 400 с.
10. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Госстандарт СССР, 1988.
11. ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. – М.: Госстандарт СССР, 1991.
12. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 98 с.
13. Дытнерский Ю.И. (ред.). Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1983 г. – 272 с.
14. Ентус Н.Р., Шарикин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей промышленности. – М.: Химия, 1987. – 304 с.
15. Каталог оборудования дилерского центра «ООО Кипкомплект» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kipkomplekt.ru/about.php.
16. Каталог сборно-разборных резервуаров фирмы «Айсберг». – М.: ООО «МОП Комплекс 1», 2012 – 16 с.
17. Косинцев В. И., Миронов В. М., Сутягин В. М. Основы проектирования химических производств. 2-е изд. М.: Академкнига, 2010. – 371 с.
18. Клименко А.П. Получение этилена из нефти и газа. – М.: Гостоптехиздат, 1982. – 235 с.
19. Косниская Л.В. Кочеров Н.П. Технико-экономические расчеты в дипломном проекте. Методическое пособие. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2002. – 33 с.
20. Кочеров Н. П., Иванова С.Н. Технико-экономические расчеты и обоснование дипломных проектов. Методическое пособие. - Л.: ЛТИ 1982г. – 28 с.
21. Краткий справочник физико-химических величин» под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя, Л.: Химия, 1974 г. – 200 с.
22. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. – Л.: Химия, 1994. – 314 с..
23. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. – М.: Химия, 1988. – 288 с.
24. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического синтеза. – М.: Химия, 1978. – 529 с.
25. Масальский К.Е., Годик В.М. Пиролизные установки. – М.: Химия, 1968. – 144 с.
26. Мухина Т.Н. Пиролиз углеводородного сырья. – М.: Химия, 1987.–240 с.
27. Номенклатурный каталог Метран. – Казнь: Метран, 2010. – 45 с.
28. НПБ –105-95. Определение категорий зданий и помещений по взрыво -пожарной и пожарной опасности. – М., 1995.
29. Основные принципы обеспечения безопасности труда. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://s.compcentr.ru/04/otitr/ot-012.html
30. СНиП 2.09.04-87 Административные и бытовые здания. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1987. – 326 с.
31. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. – Л.: Химия, 1987. – с. 548-550, 172.
32. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1985. – 448 с.
33. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справ. Изд.: в 2-х книгах/ Под. Ред. А. Н. Баратова, А, Я, Корольченко. М.: Химия, 1990. - 496с.
34. Положение об обеспечении безопасности производственного оборудования. ПОТ РО - 14000 - 002 – 98. М., 1998. – 25 с.
35. Попилов Л.Я. Советы заводскому технологу. – Л.: Лениздат, 1975 – 264с.
36. Правила устройства электроустановок. - М.: Главгосэнергонадзор России, 1998. - 607 с.
37. Прусенко Б.Е. Каталитические системы и процессы получения низших олефинов и крупнотоннажных продуктов на их основе. – Дис. докт. техн. наук. – М.: 1985. – 407 с.
38. Резервуары горизонтальные подземные РГСп. Каталог фирмы «ООО Химсталькон» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.himstalcon.ru/node/259.
39. Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров Н.Н. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М., 1962. – 652 с.
40. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М.: Химия, 1982. – 540 с.
41. Справочник нефтехимика в 2 т. – т.1 / Под ред. Огородникова С.К. – Л.: Химия, 1978. – 496 с.
42. Технологический регламент ТР-05-2-2002 производства пиролиза углеводородов нефти 1 II производства СЭС ОАО «Уфаоргсинтез». – М.: ВНИИГАЗ, 1989. – 76 с.
43. Харазов В. Г. Аналоговые и цифровые регуляторы и исполнительные механизмы в системах автоматизации технологических процессовю Методические указания. - СПб, 1992 г. – 241с.
44. Экономическое обоснование дипломных проектов. Учебно-методическое пособие для студентов специальностей 250400, 251800. – УГНТУ, 2002. – 27 с.
45. Эмалированное оборудование: Каталог / НИИ ШАЛЬХИММАШ. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. - 140 с.
46. Ящура А.И. Система технического обслуживания и ремонта общепромышленного оборудования: Справочник. – М.: Энас, 2006. – 504 с.