Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и

Рис. 60. Схема производства ароматических углеводородов из сжиженных неф­ тяных газов (сайклер-процесс фирм ЮОП и «Бритиш Петролеум»):

наибольшее распространение получил фосфорнокислотный ката­ лизатор фирмы ЮОП (табл. 19). Главное преимущество про­ цесса фирмы ЮОП — отсутствие сточных вод и коррозии обо­ рудования, изготовленного в основном из углеродистой стали.

Разработанный в СССР процесс алкилирования бензола пропиленом в присутствии фосфорнокислотного катализатора характеризуется более низкими энергозатратами, чем в присут­ ствии хлорида алюминия. Это достигается использованием теп­ ла реакции для подогрева шихты, подаваемой на алкилирова­ ние, выделением более 50% возвратного бензола, дросселиро­ ванием, упрощением схемы разделения алкилата и отсутствием затрат на отпарку углеводородов из сточных вод и азеотропную осушку. Внедрение этого процесса определяется производством фосфорнокислотного катализатора.

Разработана новая технология с использованием раствори­ мых количеств хлорида алюминия в высокотемпературном про­ цессе алкилирования бензола пропиленом.

Научно-технический прогресс в производстве изопропилбен­ зола направлен на совершенствование действующих производств (снижение расходных норм по сырью, реагентам, энергозатра­ там, сокращение сточных вод и утилизация побочных продук­ тов), реконструкцию действующих производств и строительство новых с использованием гетерогенного фосфорнокислотного ка­ тализатора, разработку и внедрение нового высокотемператур-

ного процесса алкилирования бензола пропиленом в присутст­ вии растворимых количеств хлорида алюминия.

Этилбензол в СССР производят алкилированием бензола эти­ леном в присутствии хлорида алюминия по технологии, анало­ гичной двухфазному алкилированию бензола пропиленом. За рубежом получили развитие процессы высокотемпературного гомофазного алкилирования бензола этиленом в присутствии растворимых количеств хлорида алюминия (фирма «МонсантоЛуммус») и в присутствии цеолитного катализатора, промотированного фосфором (фирма «Мобил-Баджер»).

Процесс фирмы «Мобил-Баджер» осуществляется при тем­ пературе выше 270 °С (катализатор стабилен до 565 °С), давле­ нии около 2 МПа, соотношении бензол : этилен 6—7:1, объем­ ной скорости 3 ч-1; селективность по этилену 99% (рис. 61). Блок алкилирования может состоять из двух и более реакторов, работающих в режиме алкилирование — регенерация. Регене­ рацию проводят в азотно-воздушной среде для исключения из­ лишнего подъема температуры. Остаток из колонны выделения днэтнлбензола вместе с отходящими газами может обеспечить 60% потребности установки в топливе. Кроме того, 95% тепла, затрачиваемого на проведение процесса, регенерируется в виде пара. Этот процесс позволяет использовать низкоконцентриро­ ванную этиленовую фракцию, обеспечивает повышенный выход целевого продукта. Для него характерны низкая энергоемкость, обусловленная высокой степенью утилизации тепла, отсутствие коррозии и вредных выбросов в атмосферу.

Процесс фирмы «Монсанто-Луммус» — гомофазный, осуще­ ствляемый при 200 °С. Расход катализатора, сырья, энергоза­

трат значительно сокращен, уменьшена коррозия оборудования; возможно использование низкоконцентрированной этиленовой фракции.

Процесс высокотемпературного газофазного алкилирования; бензола этиленом, разработанный ВНИИолефин, характеризу­ ется более высокими технико-экономическими показателями,, чем лучшее действующее в СССР производство по двухфазной, технологии. Конверсия этилена 99,6%, температура 200 °С, дав­ ление в алкилаторе 2,1 МПа, соотношение бензол : этилен равна 3:4, съем этилбензола с 1 м3 реакционного объема 400 кг. Ве­ дутся исследования по улучшению технико-экономических пока­ зателей действующих производств (двухфазный процесс в при­ сутствии хлорида алюминия), уменьшению образования побоч­ ных продуктов, их переработке и утилизации.

Полиалкилбензольная смола — отход производства этилбен­ зола, горючая жидкость темно-коричневого цвета. Примерный;

приятиях образуется до 75 кг на 1 т этилбензола. На выход, полиалкилбензольной смолы влияют чистота исходного сырья — этилена и бензола (отсутствие ацетиленовых, сернистых и дру­ гих вредных примесей), качество катализатора- - хлорида алю­ миния, а также режим алкилирования — температура и продол­ жительность пребывания в реакторе, соотношение бензол : эти­ лен.

Применение кондиционного сырья, совершенствование тех­ нологии процесса позволяют сократить образование смолы до 25 кг/т. На новых заводах она может быть сокращена до 15 кг.

Полиалкилбензольную смолу используют в качестве сырья для пиролиза (совместно с продуктами и отходами нефтепере­ работки, в общем объеме которых она составляет 1%) и сжи­ гают для получения водяного пара.

Шлам гидроксида алюминия или концентрированный раст­

алкилирования алкилат промывают водой. В зависимости от применяемой технологии переработки промывных вод из них. может быть выделен шлам гидроксида алюминия либо получен концентрированный раствор хлорида алюминия.

Шлам гидроксида алюминия можно использовать для полу­ чения строительных материалов — высокоглиноземистого цемен­ та, опудривателя для керамзита и расширяющей добавки для заделки швов железобетонных конструкций. Капитальные вло­ жения в создание установок выделения и сушки шлама при мощности установок по этилбензолу 300 тыс. т/год составляют примерно 1,7 млн. руб.

Концентрированный раствор хлорида алюминия рекомендо­ вано применять в качестве коагулянта в системах водоочистки, и водоподготовки.

Экономический эффект от использования промывных вод производства этилбензола для получения 25%-ного раствора хлорида алюминия на 1 т отхода — 100 руб.

4.4.2. Производство мономеров синтетического каучука

Бутадиен, изопрен и стирол — мономеры для получения синте­

тических каучуков. Выработка их достигает 75—80%. от общего выпуска каучуков. Производство изопрена, бутадиена и стирола относится к крупнотоннажным. Мировая выработка стирола превышает выпуск бутадиена, так как стирол применяют и для получения крупнотоннажного пластика — полистирола.

Бутадиен в 'СССР получают из этанола, одно- и двухстадий­ ным дегидрированием я-бутана, выделением из газов пиролиза и окислительным дегидрированием я-бутиленов. Производство его энергоемко. Расход топливно-энергетических ресурсов на 1 т бутадиена при контактном разложении этилового спирта состав­ ляет 1,77 т у. т., двухстадийном дегидрировании я-бутана — 5,67; одностадийном дегидрировании я-бутана— 1,88, выделении из пиролизной фракции — 0,3 т у. т. Внедрение в производственном объединении «Нижнекамскнефтехим» окислительного дегидри­ рования позволяет экономить ежегодно 500 тыс. т топлива.

В 1991—2000 гг. производство бутадиена планируется раз­ вивать путем внедрения одностадийного дегидрирования я-бу­ тана под вакуумом с применением новых эффективных катали­ заторов (около 70% общего прироста вводимых мощностей), окислительного дегидрирования я-бутенов (18%), выделения из пиролизной фракции С4 (12%).

Изопрен в СССР производят двустадийным дегидрированием изопентана и из изобутилена и формальдегида. Расход топлив­ но-энергетических ресурсов в первом случае составляет 7,46—

установке мощностью 120 тыс. т целевого продукта в год на данную стадию приходится 51% общего энергопотребления; на стадию разложения диметилдиоксана — 38,8%; на стадию вы­ деления и очистки изопрена — около 10%.

Важнейшее направление снижения энергопотребления в про­ изводстве изопрена из формальдегида и изобутилена — внедре­ ние принципиально новой энергосберегающей технологии полу­ чения изопрена через метилбутандиол.

Обе реакции — синтез метилбутандиола и его дегидратация проходят в мягких условиях в жидкой фазе (температура 60— 120 °С, давление 0,6—1,5 МПа) с использованием гомогенного кислотного катализатора, который рециркулирует в процессе. Этот процесс по сравнению с получением изопрена через диметилдиоксан, характеризуется меньшим расходом сырья, позво­ ляет упростить аппаратурное оформление, устранить сложную

продукции, а ускоренный Выпуск новых продуктов дает значи­

тельный экономический эффект без ухудшения экологическою обстановки.

Высокая стоимость ГТС по сравнению с традиционными ви­ дами технологического оборудования предопределила в миро­ вой практике внедрение более дешевых средств по сравнению- с ГТС — таких, как гибкие производственные модули или ячей­

ки, являющиеся составными частями гибких технологических систем.

Примером ГТС в химической промышленности являются, многоассортиментные производства по выпуску целых классов, химических продуктов на базе унифицированных технологиче­ ских схем.

Такие схемы включают оборудование, позволяющее прово­ дить сульфирование, сульфохлорирование, нитрование, аммонолиз, щелочное плавление, каталитическое гидрирование, ал­ килирование и др. Большинство узлов могут быть общими при производстве всех продуктов, например узел каталитического гидрирования, узел фильтрации. Типовой узел каталитического гидрирования с пленочным движением гидрируемой жидкой фазы по стационарному слою катализатора, рециклом жидкой фазы через выносной теплообменник можно использовать при: переработке первичного и вторичного, сырья. Узел обладает до­ статочным запасом гибкости при изменении интенсивности ре­ цикла и давления, поэтому его можно использовать для произ­ водства многих продуктов. Он проверен в производстве изопро­ пилового спирта, тетрагидрофурана, фурилового спирта ю других веществ. Узлы подготовки сырья, а также выделения, очистки, упаковки готовых продуктов требуют более разнооб­ разного набора оборудования с меньшим коэффициентом ис­ пользования.

Для переработки отходов, различающихся по составу и ко­ личеству, можно использовать ГТС, создаваемые по блочно-мо­ дульному принципу.

В настоящее время при создании химико-технологических производств традиционным является подход, при котором опе­ рационными единицами являются аппараты.

Применение унифицированных технологических элементов*, стандартных и нестандартных модулей значительно упрощает разработку высокоэффективных ГТС путем создания новых комбинированных аппаратов, блоков, автоматизированных ком­ плексов.

* Элемент — устройство, несущее определенную функциональную нагруз­ ку (привод, форсунка, тарелка и т. д.). Модуль — автономное устройство, выполняющее определенные операции (фильтрующий аппарат, сушилка, вы­ парной аппарат). Блок — отдельная технологическая стадия производства^ состоящая из модулей комбинированных аппаратов. Автоматизированный технологический комплекс — компактная блочно-модульная установка.