Вследствие этих обстоятельств аппаратуру для производства окиси этилена, а также трубопроводы изготовляют из хромистой или хромоникелевой стали, так как углеродистая сталь для этой цели непригодна. Медь, серебро и их сплавы в результате взаимодействия даже с небольшим количеством ацетилена, содержащегося в газе, могут давать ацетилениды, поэтому они также не должны применяться для изготовления аппаратуры. Для изготовления прокладок применяют прессованный асбест и тефлон, а на участках с невысокой температурой можно использовать полиэтилен.

3.7 Выделение окиси этилена из продуктов реакции

Существует несколько методов извлечения окиси этилена из реакционных газов:

1) адсорбция активированным углем с последующей десорбцией путем обработки угля перегретым водяным паром;

2) поглощение окиси этилена растворителями;

3) поглощение окиси этилена водой.

Последний метод является общепринятым во всех промышленных и технологических схемах получения окиси этилена. Извлечение окиси этилена водой проводится под давлением, которое может колебаться от 3,5 до 42 атм. Затем осуществляется десорбция окиси этилена из сорбента с последующей ректификацией.

Остановимся несколько подробнее на физико-химических основах процесса адсорбции -- десорбции и ректификации окиси этилена. Хотя окись этилена прекрасно растворяется в воде, однако, в связи с тем что содержание окиси этилена в контактных газах невелико (примерно 1--1,5%), повышение давления при абсорбции будет благоприятствовать поглощению окиси этилена. Чем выше давление при абсорбции, тем больше будет концентрация окиси этилена в воде и тем меньше ее остается в газах, рециркулируемых или выводимых из системы. Как уже указывалось, при абсорбции под давлением не используется холод.

Окись этилена вступает в реакцию с водой с образованием гликолей, причем этой реакции благоприятствует повышение температуры и давления, а также увеличение времени контакта. Поэтому в тех случаях, когда при ректификации водных растворов окиси этилена нежелательно образование значительного количества этиленгликоля, процесс необходимо проводить при возможно более низкой температуре и минимальной продолжительности пребывания водных растворов окиси этилена при повышенных температурах. Последнее может быть достигнуто как за счет рационального проектирования теплообменной аппаратуры, т. е. выбора теплообменников и кипятильников с максимальной поверхностью при минимальном объеме, так и в результате проведения процесса десорбции при низком давлении или даже при разрежении. Для улучшения абсорбции в технологической схеме циркуляционный компрессор выгодно располагать после контактного аппарата (как на рис. 2), так как это позволяет вести абсорбцию при максимальном давлении. Из рис. 2 видно также, что пары окиси этилена после десорбера отсасываются компрессором, что позволяет проводить десорбцию при пониженном давлении и, значит, при более низкой температуре, что, естественно, уменьшает гидратацию окиси этилена.

Имеется много схем ректификации окиси этилена, которые различаются числом колонн, технологическим режимом и другими особенностями (см. рис. 2--4). Ректификация обычно проводится при давлении около 3 атм, поскольку при этом давлении чистую окись этилена можно сконденсировать, применяя промышленную воду (т. кип. окиси этилена при 3 атм равна 38 °С). Ректификацию окиси этилена целесообразно проводить не в двухколонном аппарате, как показано на рис. 3, а в четырехколонном.

Окись этилена с повышенным содержанием ацетальдегида может быть освобождена от него обработкой слабощелочной анионообменной смолой в колонне или при перемешивании смеси в течение 1,5 ч. После такой обработки содержание альдегида в окиси этилена значительно понижается, например, с 0,076 до 0,01 вес. %. Однако поскольку ацетальдегид можно отделять от окиси этилена путем ректификации, то применять для этого ионообменные смолы нецелесообразно.

Требования к качеству окиси этилена. Применение многоколонных схем ректификации, описанных выше, вызвано тем, что к качеству окиси этилена предъявляются высокие требования. Одной из наиболее нежелательных примесей к окиси этилена является двуокись углерода, которая при гидратации окиси этилена вызывает коррозию аппаратуры. При получении неионогенных поверхностно-активных веществ (типа оксиэтилированных алкилфенолов) двуокись углерода, содержащаяся в окиси этилена, приводит к резкому замедлению скорости оксиэтилирования, повышенному расходу щелочи, применяемой в качестве катализатора, и к другим нарушениям технологического процесса. Присутствие двуокиси углерода нежелательно при получении этаноламинов из жидкого аммиака и окиси этилена, так как образующаяся из двуокиси углерода и аммиака аммониевая соль карбаминовой кислоты вызывает сильную коррозию кипятильников и нижней части колонны. Подвергается коррозии не только углеродистая сталь, но даже обычная хромоникелевая сталь; и только хромоникелевая сталь с присадкой молибдена устойчива при повышенных температурах. В связи с этим стремятся выпускать концентрированную окись этилена с очень небольшим количеством примесей. Ниже приводятся средние показатели товарной окиси этилена.

Таблица 1. Показатели товарной окиси этилена

3.8 Расходные показатели процесса

При производстве окиси этилена, кроме этилена, воздуха и катализатора, расходуются пар, электроэнергия, охлаждающая вода, а иногда и рассол.

Расход рассола в основном определяется условиями абсорбции окиси этилена и ее ректификации. Если абсорбция окиси этилена водой проводится при сравнительно высоком давлении (больше 5 атм), а ректификация окиси этилена -- при давлении выше атмосферного (2--3 атм), рассол практически не требуется. В производстве окиси этилена потребляется обессоленная вода для получения водяного пара за счет использования теплоты реакции и для абсорбции окиси этилена, азот для продувки аппаратов и трубопроводов и для создания азотной «подушки» в хранилищах окиси этилена и в цистернах, в которых она транспортируется.

Расход этилена определяется селективностью процесса окисления этилена в окись этилена, изменяющейся в зависимости от свойств применяемого катализатора, срока его службы и условий процесса. Фактический расходный коэффициент должен быть выше рассчитанного теоретически из-за механических и технологических потерь исходного этилена и получаемой окиси этилена. По имеющимся данным, в промышленных условиях селективность процесса колеблется в пределах 60--70%, а расход этилена составляет 940--1100 кг на 1 т получаемой окиси этилена. Наиболее низкие расходные коэффициенты этилена достигнуты в процессах фирм Shell Development -- 940 кг и Scientific Design -- меньше 1000 кг на 1 т окиси этилена [3].

На расход этилена существенно влияют условия процесса абсорбции -- десорбции окиси этилена. При увеличении времени пребывания водных растворов окиси этилена при повышенных температурах и давлениях существенно увеличивается количество окиси этилена, гидратируемой в этиленгликоль, что повышает расход этилена на синтез окиси этилена.

Следует отметить, что увеличение степени гидратации окиси этилена в процессе ее выделения в некоторых случаях становится выгодным, например тогда, когда из окиси этилена получают этиленгликоль, который предназначается для производства антифриза.

Расход воздуха в значительной степени зависит от селективности катализатора: на окисление этилена в двуокись углерода тратится в 6 раз больше кислорода, чем на окисление в окись этилена. При повышении селективности этилена, например, на 10% теоретический расход кислорода на 1 т получаемой окиси этилена снижается почти на 30%. Фактический расход воздуха бывает выше расчетного -- для более полного использования этилена, который значительно дороже воздуха или чистого кислорода.

Расход катализатора на 1 m окиси этилена определяется сроком его службы и производительностью, т. е. количеством окиси этилена в граммах, которое получается за 1 ч с 1 л или 1 кг катализатора. Срок службы катализатора зависит от содержания серебра в катализаторе, от чистоты применяемого этилена и воздуха: чем меньше в них содержится вредных примесей, тем больше срок службы. Продолжительность работы катализатора очень сильно меняется также в зависимости от условий его эксплуатации. Неритмичная работа, колебания нагрузки и в особенности частые остановки процесса снижают активность катализатора и продолжительность его работы и тем самым повышают расход катализатора на 1 т получаемой окиси этилена. Принято считать, что срок службы катализатора должен быть не менее одного года.

Расход электроэнергии зависит от условий проведения процесса получения окиси этилена: давления, концентрации этилена и кислорода в поступающей в контактный аппарат газовой смеси, ее объемной скорости, сопротивления слоя катализатора и всей системы в целом, степени конверсии за один проход. При производстве окиси этилена расход энергии составляет 1000-- 2000 квт-ч на 1 т окиси этилена. Расход электроэнергии зависит также от степени рекуперации энергии, давления отработанных газов, тепла газов, в том числе тепла, которое можно использовать при сжигании остаточного количества этилена, содержащегося в газах после абсорбера второй ступени. Указанные факторы взаимосвязаны: например, с повышением объемной скорости циркулирующего газа увеличивается съем окиси этилена с катализатора, но одновременно уменьшается концентрация ее в газе. При повышении объемной скорости газа возрастает сопротивление слоя катализатора и всей аппаратуры в целом. Следовательно, изменение одного и того же фактора (повышение объемной скорости) может привести как к положительным результатам -- увеличению производительности катализатора и, соответственно, к уменьшению удельного расхода энергии, так и к отрицательным -- возрастанию сопротивления системы и, вследствие этого -- к повышению расхода энергии.

Одним из важных параметров процесса получения окиси этилена является давление. Как указывалось выше, проведение процесса при более высоком давлении должно привести к снижению расхода электроэнергии, так как при этом уменьшается действительный объем циркулирующего газа, в результате чего снижается сопротивление слоя катализатора, теплообменной аппаратуры и трубопроводов. При более высоком давлении уменьшается расход электроэнергии и на стадии абсорбции окиси этилена, так как в этом случае удается получить более высокую концентрацию окиси этилена в абсорбенте и проводить абсорбцию при более высоких температурах, не расходуя холод. Конечно, для первоначального сжатия исходных газов в этом случае требуется затратить больше энергии, однако в целом процесс при более высоком давлении должен быть более экономичным и способствовать повышению степени рекуперации энергии.

Расход водяного пара на 1 т получаемой окиси этилена может составлять до 5 т в зависимости от условий процесса. При некоторых условиях пар со стороны не потребляется совсем, так как он образуется в достаточных количествах за счет выделяющегося тепла реакции.

4. Безопасность технологического процесса

Проектируемая установка мощностью 510 тыс. т/г относится к числу крупных установок. Процессы окисления весьма энергоемкие, так как проводятся при высоких давлениях и температурах. Сырьем и продукцией установки являются легковоспламеняющиеся жидкости и горючие газы. По технологии процесс окисления необходимо вести в смеси с воздухом, что обуславливает высокую взрывоопасность. Кроме того, в случае аварий на такой крупной установке могут быть значительные выбросы токсичных веществ в окружающую среду. В результате перечисленных особенностей технологического процесса на установке накапливается значительное количество тепловой и электрической энергии, энергии сжатых газов, большие количества взрыво- и пожароопасных газов и легковоспламеняющихся жидкостей.

Для предотвращения аварийных ситуаций необходимо постоянно следить и обеспечивать постоянную работу блокировок и сигнализации. При возникновении аварийного положения, обслуживающий персонал должен немедленно принять меры по ликвидации его и сообщить руководству завода. В случаях аварий обслуживающий персонал установки должен действовать особенно точно и четко согласно утвержденного плана ликвидации аварий.

Заключение

Окись этилена в настоящее время является одним из наиболее крупнотоннажных продуктов тяжелого органического синтеза на основе этилена. Это объясняется потребностью в окиси этилена как в исходном сырье для получения продуктов, все более широко используемых в авто- и авиатранспорте, в химической, горной, нефтяной, текстильной и других отраслях промышленности, а также непосредственным ее применением в сельском хозяйстве, в современной технике. Поэтому проектирование установки по производству окиси этилена выглядит обснованно.

В работе максимально произведена рекуперация тепла горячих потоков для нагрева холодных. Это целесообразно с точки зрения экономии топлива на нагрев и экономии воды на охлаждение. Для уменьшения расхода воды и загрязнения водоемов, а также снижения капитальных и эксплуатационных затрат на очистные сооружения, градирни, насосные, затрат электроэнергии на перекачку воды в проекте предусмотрены аппараты воздушного охлаждения.

Проработаны вопросы строительства проектируемой установки, безопасности жизнедеятельности на производстве и в чрезвычайных ситуациях.

Список использованных источников

1 Тимофеев, В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. Пособие для вузов/ В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов. - 2-е изд., перераб. - М.:Высш. шк., 2003. - 536 с.: ил. - 3000 экз. - ISBN 5-06-004267-7.

2 Технология нефтехимического синтеза. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Наумкин Я.М. - М.:Химия, 1985. - 607 с.

3 Окись этилена / П. М. Зимаков и др.; под ред. П. М. Зимаков;- М.:Химия, 1967. - 320 с.

4 Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического синтеза. - М.: Химия, 1988. - 582 с.

5 Технология основного органического синтеза. Совмещенные процессы. Серафимов Л.А., Тимофеев В.С., Писаренко Ю.А., Солохин А.В. - М.:Химия, 1993. - 416 с.

Размещено на Allbest